Жизнь возникла на Земле примерно 3,7 миллиардов лет назад. Она развивалась, приобретая разнообразные формы и приспосабливаясь к новым условиям, но основные ее признаки сохранялись. Что же такое жизнь? Чем отличаются живые существа от неживой природы?
Что такое жизнь?
Несмотря на то, что каждый в состоянии отличить живой организм от неживого объекта, дать определение жизни непросто. Для этого необходимо учесть множество различных признаков, и все равно останутся объекты, находящиеся на границе живой и неживой природы. Например, вирусы, которые состоят из одинаковых с живыми организмами биомолекул и ведут себя похоже, однако в их строении отсутствует характерная для живых существ сложность.
Во всех живых организмах происходит обмен веществ и для них характерна стабильность внутренней среды, они способны расти, развиваться и размножаться, а также реагировать на внешние раздражители. Многообразие организмов на Земле очень велико. Сюда относятся археи, бактерии, протисты, грибы, растения и животные. Ниже перечислены признаки, по которым живые организмы отличаются от неживых объектов. Наука, изучающая живую природу, называется биологией.
Элемент | Количество в человеке массой 70 кг | Количество в человеке (%) |
Кислород (O) | около 46 кг | 65 |
Углерод (C) | около 15 кг | 21 |
Водород (H) | 7 кг | 10 |
Азот (N) | 2 кг | 3 |
Кальций (Ca) | 1–1,2 кг | 1,4-1,7 |
Фосфор (P) | 700 г | 1 |
Сера (S) | 175 г | 0,25 |
Калий (K) | 130–170 г | 0,18–0,24 |
Натрий (Na) | 100–110 г | 0,14–0,16 |
Хлор (Cl) | 100–105 г | 0,14–0,15 |
Магний (Mg) | 19–30 г | 0,02–0,04 |
Железо (Fe) | 3-4 г | 0,004-0,006 |
Цинк (Zn) | 1,9–2,5 г | 0,002–0,003 |
Фтор (F) | 2–2,4 г | 0,002–0,003 |
Кремний (Si) | 0,75–1,5 г | 0,001–0,002 |
Медь (Cu) | 70–100 мг | ~0,0001 |
Йод (I) | 15–20 мг | ~0,00002 |
Приложение. Протисты выбиваются из систематики
Людям нравится систематизировать и классифицировать объекты, но в природе провести четкие границы между организмами невозможно. Деление живых организмов на грибы, животных, растения, бактерии и протистов (простейших) – это искусственная система, которой природа не особенно подчиняется. Если среди организмов других классов можно найти общие признаки и родственную связь, то среди простейших этого сделать невозможно. К ним относятся одноклеточные и многоклеточные организмы, например, простейшие одноклеточные грибы-слизевики, а также многоклеточные водоросли, которые не вписываются в царство растений из-за простой структуры. Она как раз и является единственной общей чертой (но и этот признак не распространяется на всех простейших). Таким образом протисты выбиваются из систематики организмов. Ученые разработали биологически более корректную классификацию, которая делит протистов на 30–40 отдельных классов. Правда, такие классификации большие и сложные, поэтому в целях упрощения все еще используется общее название царства протистов.
Признаки жизни (1)
1. Все организмы состоят из клеток
Клетка – мельчайшая единица, у которой есть все признаки жизни. Первыми живыми организмами были одноклеточные. В наше время к одноклеточным организмам относятся все бактерии, а также большинство протистов и некоторые грибы. Многоклеточные организмы состоят из множества клеток, которые взаимодействуют между собой.
2. Всем организмам присущ обмен веществ и энергии
Организмам для жизнедеятельности необходимы разнообразные вещества. Они усваивают их из окружающей среды и выделяют в нее продукты обмена. В ходе обмена веществ происходит постоянный распад и синтез веществ. Посредством обмена организмы тесно связаны с окружающей средой.
Растения получают из окружающей среды неорганические вещества и сами синтезируют из них органические соединения. Животные получают из внешней среды как неорганические, так и органические вещества, поскольку сами не производят органических соединений. Вещества, образовавшиеся в ходе обмена, выделяются обратно в окружающую среду.
Всем организмам для жизнедеятельности необходима энергия. Помимо обмена веществ, в живых организмах происходит также обмен энергии. Организмы получают энергию из окружающей среды и выделяют в нее тепловую энергию. Зеленые растения используют энергию солнца и накапливают ее в органических веществах. Животные получают энергию из органических веществ при разложении пищи.
Вспомните
Автотрофы – организмы, способные сами синтезировать органические соединения из неорганических веществ. Например, растения производят органические вещества при помощи энергии света. Этот процесс называется фотосинтезом:
6CO₂ + 6H₂O → C₆H₁₂O₆ + 6O₂
Гетеротрофы – организмы, потребляющие органические вещества, чтобы запастись энергией и молекулами для построения тела. Это животные, грибы, множество бактерий. Животные и грибы получают с пищей накопленную в органических соединениях энергию, которая высвободилась в ходе фотосинтеза. Этот процесс называется клеточным дыханием:
C₆H₁₂O₆ + 6O₂ → 6CO₂ + 6H₂O
3. Все организмы растут и развиваются
У всех организмов схожий жизненный путь: они рождаются, растут, развиваются и умирают.
В ходе роста организм увеличивается в размере и развивается, т. е. меняется строение организма и приспособленность к окружающей среде. Жизненный путь у организмов разный, это зависит как от наследственности, так и от окружающей среды.
4. Все организмы размножаются
Все живые организмы способны размножаться. Размножаясь, они передают содержащуюся в своих генах информацию новому поколению. В природе встречается как половое, так и бесполое размножение. При половом размножении новый организм рождается в результате смешивания генетического материала двух клеток, при бесполом размножении смешивания генетического материала не происходит и рождается потомок, генетически идентичный взрослому организму. Бесполым способом размножаются все одноклеточные организмы. Бесполое размножение встречается также в царстве грибов, растений и животных. Многоклеточные организмы размножаются преимущественно половым путем.
Признаки жизни (2)
5. Все организмы реагируют на раздражение
Все организмы реагируют на внешние раздражители. Живые существа по-своему отвечают на сигналы, поступающие из окружающей среды. Как одноклеточные, так и многоклеточные организмы реагируют на раздражение примерно одинаково – с помощью рецепторов. Отличие заключается лишь в том, что у многоклеточных организмов в клетках органов чувств значительно больше рецепторов, поэтому они способны получать больше информации и вырабатывать более сложные ответные реакции. У одноклеточных организмов информация из окружающей среды поступает на внешнюю мембрану (молекулы белка) и затем в клетку, и организм соответственно реагирует на раздражение.
6. Сходство химического состава и стабильность внутренней среды
У всех организмов сходный химический состав и стабильная внутренняя среда. Это обеспечивает жизнедеятельность организма. У организмов постоянный (находящийся в определенных пределах) уровень кислотности (pH), постоянное содержание воды и минеральных солей, а также стабильная температура тела. При повышении температуры всего на 1 градус у людей может ухудшиться самочувствие, а повышение температуры на несколько градусов может быть опасно для жизни. Птицы и млекопитающие могут сохранять температуру тела, другие живые организмы зависят от температуры окружающей среды.
7. Организмы имеют сложное строение
Строение и жизнедеятельность организмов сложные. Части организма выполняют совместную работу и зависят друг от друга. Органы чувств воспринимают раздражение, отправляют информацию периферической нервной системе, там вырабатывается подходящий ответ и посылается приказ мышечным клеткам. Весь этот процесс требует совместной работы тысяч клеток, а происходит в течение нескольких секунд. Все, что происходит в организме, регулируется. Все молекулы, из которых состоит организм, имеют сложное строение. Это биомолекулы, которые имеются только в составе живых существ. Где есть биомолекулы, там есть и жизнь.
8. Эволюция
Постоянное изменение, или эволюция организмов, – это признак жизни. В основе эволюции лежит способность организмов приспосабливаться к изменяющимся условиям окружающей среды с течением времени. Отсюда вытекает сохранение и размножение лучше приспособившихся особей. Эволюционными считаются лишь те изменения, которые происходят в геноме организмов и передаются потомкам.
Откуда берутся содержащиеся в живых организмах элементы?
Наиболее часто встречающиеся во Вселенной элементы – водород и гелий. За ними следуют кислород, углерод, азот и фосфор. Все они, за исключением гелия, являются и самыми распространенными элементами в живых организмах. Почему именно они?
13,8 миллиардов лет назад произошел так называемый Большой взрыв. Находящееся в форме маленького «начального атома», т. е. в сверхплотном состоянии, вещество распространилось по Вселенной в виде газа и пыли. В результате уплотнения завихрений вещества постепенно возникли звезды и вращающиеся вокруг них планеты. Излучаемые звездами свет и тепло возникают в результате происходящих внутри них термоядерных реакций, в ходе которых легкие атомы водорода соединяются и превращаются в гелий, в результате чего выделяется огромное количество энергии.
Когда водород заканчивается, гелий продолжает преобразовываться в углерод. Реакции в звездах продолжаются и после того, как гелий уже использован. В следующих фазах возникают азот, кислород и фосфор. Но звезды не могут существовать вечно – их время рано или поздно подходит к концу: они взрываются и образовывавшие их элементы выбрасываются в космос. Эти элементы становятся исходным материалом для новых звезд и планет. Вся наша Солнечная система – Солнце и вращающиеся вокруг него планеты – родилась из элементов, выброшенных в космос от взрыва звезд, возникших в результате первичного взрыва. Поэтому можно сказать, что мы – дети звезд.
На земном шаре элементы находятся в постоянном круговороте. После смерти организма элементы из его тела в результате деятельности различных редуцентов переходят обратно в неживую природу – воздух, воду или почву – и становятся строительным материалом для новых организмов. В результате круговорота веществ все мы состоим из атомов, происходящих из живших ранее организмов – людей, животных, растений и бактерий.
- Возникли в результате Большого взрыва.
- Образовались в результате постепенного слияния.
- Образовались из первичных элементов в ходе термоядерных реакций.
- Возникли из ранее живших организмов.
Приложение. Может ли где-нибудь во Вселенной существовать жизнь?
Какие условия должны присутствовать на планете, чтобы на ней имелась жизнь? Для жизни необходим углерод, так как он может образовывать большое количество различных соединений. Ученые утверждают, что внеземные формы жизни могут быть основаны на кремнии, но у него, по сравнению с углеродом, есть ряд недостатков. Кремний не может образовывать такие длинные молекулярные цепи, как углерод. В ходе реакции с кислородом кремний образует твердый как камень диоксид кремния. Помимо углерода для жизни необходимы подходящая температура, вода в жидком состоянии, достаточное количество исходных химических веществ и атмосфера.
Существуют ли во Вселенной небесные тела, помимо Земли, на которых возможно наличие всех вышеперечисленных условий? Под поверхностью Марса был найден лед, но никаких признаков жизни, по крайней мере первоначально, обнаружено не было. На сегодняшний день большой интерес вызывает спутник Юпитера – Европа. В 1997 году беспилотный космический корабль Галилео передал фотографии, показавшие, что поверхность спутника покрыта льдом, под которым может быть вода. Изучить небесные тела, находящиеся вне нашей Солнечной системы, гораздо сложнее. Возможно, что на какой-либо из тех планет (а их миллиарды!) могут быть подходящие условия для жизни. Нельзя также утверждать, что все организмы одинаково требовательны к внешним условиям. Некоторые организмы, например бактерии, выдерживают такие космические условия, которые, как правило, неприемлемы для живых существ. В ходе одного из опытов бактерии заморозили до –196 °C и бомбардировали их элементарными частицами. Более половины бактерий выжили!
Словарь терминов
- биология – наука, изучающая живую природу
- обмен веществ – совокупность всех протекающих в организме химических реакций, обеспечивающих его жизнедеятельность
- клетка – мельчайшая единица, в которой проявляются все признаки жизни
- наследственность – передача наследственных признаков от родителей потомству, благодаря чему потомство похоже на своих родителей
- биомолекулы – вещества, которые содержатся только в живых организмах: углеводы, липиды, белки и нуклеиновые кислоты
