Структурные уровни организации жизни

Большинство ученых убеждены, что жизнь представляет собой особую форму существования материального мира.

До конца 50-х годов в научной и философской литературе обще­принятым было знаменитое определение Ф. Энгельса, которое утверждало, что жизнь есть способ существования белковых тел, состоящий в постоянном самообновлении химических со­ставных частей этого тела. Но к этому времени стало очевид­ным, что субстратная основа жизни не сводится только к бел­кам, а функциональная - к присущему им обмену веществ.

Интересны также определения жизни Э. Шредингера как апериодического пентакристалла. На основании этой концепцией можно объяснить наличие у животных и человека, хотя и асимметричной, но пятилучевой формы тела, пятипалой конечности и исходной пятичленной структуры цветков растений.

Г. Югай определил жизнь как космическую органи­зованность материи. К этой концепции близка теория панспермии В. И. Вернадского.

Существует определение на основе термодинамики, подчеркивающее энергетический аспект жизни как противостояние энтропийным процессам.

Есть аксиоматические определения жизни, называющие ее важнейшие черты. Таково определение А. И.Опарина. К этой группе относят и определение Б. М. Медникова, называющее жизнью активное, идущее с за­тратой энергии, поддержание и воспроизведение специфических структур, функционирование которых описывают следующие положения:

1. 1. живые организмы характеризуются наличием фенотипа и генотипа;

2. 2. генетические программы не возникают заново, а реплицируются матричным способом;

3. 3. в процессе репликации неизбежны ошибки на микроуровне, случайные и непредсказуемые изменения генетических программ (мутации);

4. 4. в ходе формирования фенотипа эти изменения многократно усиливаются, что делает возможным их селекцию со стороны факторов внешней среды.

Современная биология в вопросе о сущности живого все чаще идет по пути перечисления основных свойств живых ор­ганизмов. При этом акцепт делается на то, что только сово­купность данных свойств может дать представление о специ­фике жизни. К числу свойств живого обычно относятся следующие:

· · живые организмы характеризуются сложной упорядочен­ной структурой. Уровень их организации значительно выше, чем в неживых системах;

· · живые организмы получают энергию из окружающей среды, используя ее на поддержание своей высокой упорядо­ченности. Большая часть организмов прямо или косвенно ис­пользует солнечную энергию;

· · живые организмы активно реагируют на окружающую среду. Способность реагировать на внешнее раздражение является универсальным свойством всех живых существ, как растений, так и животных;

· · живые организмы не только изменяются, но и усложняются;

· · все живое размножается. Способность к самовоспроиз­ведению - один из самых главных признаков жизни, так как и этом проявляется действие механизма наследственности и изменчивости, определяющих эволюцию всех видов живой природы;

· · живые организмы передают потомкам заложенную в них информацию, необходимую для жизни, развития и размноже­ния. Эта информация содержится в единицах наследственности (генах), расположенных в мельчайших внутриклеточных структурах. Генети­ческий материал определяет направление развития организма. Инфор­мация в процессе передачи несколько изменяется, искажается. В связи с этим, потомки не только похожи на родителей, но и отличаются от них;

· · живые организмы хорошо приспособлены к среде обита­ния и соответствуют своему образу жизни.

В обобщенном и упрощенном варианте все отмеченное можно выразить в выводе, что все живые организмы питают­ся, дышат, растут, размножаются и распространяются в при­роде, а неживые тела не питаются, не дышат, не растут и не размножаются.

Однако строго научное разграничение живого и неживого встречает определенные трудности. Имеются как бы переход­ные формы от неживого к живому. Так, например, вирусы вне клеток другого организма не обладают ни одним из атрибутов живого. У них есть наследственный аппарат, но отсутствуют основные необходимые для обмена веществ ферменты, и по­этому они могут расти и размножаться, лишь проникая в клет­ки другого организма и используя его ферментные системы. Поэтому, в зависимости от того, какой признак живого мы считаем самым важным, мы относим вирусы к живым систе­мам или нет. Естественно, что в определении жизни должны быть зафиксированы все эти функциональные признаки. По­этому можно предложить следующее определение: жизнь - высшая из природных форм движения материи, характеризующаяся самообновлением, саморегуляцией и самовоспроиз­ведением разноуровневых открытых систем, вещественную ос­нову которых составляют белки, нуклеиновые кислоты и фосфороорганические соединения.

Важными признаками жизни также являются:

· · противостояние энтропийным процессам,

· · обмен веществ с ок­ружающей средой,

· · воспроизводство на основе генетического кода,

· · молекулярная хиральность.

Все объекты живой природы представляют собой системы, для которых характерно иерархическое соподчинение входящих в них элементов. На основании этого выделяют биологическую концепцию структурных уровней. В соответствии с ней, все живые системы делятся на следующие уровни:

1. 1. молекулярно-генетический (изучение физико-химических процессов, происходящих в живых организмах: обмен веществ и энергии);

2. 2. онтогенетический (изучение живых систем на уровнях клеток, тканей, органов, систем органов, организма);

3. 3. популяционно-видовой (изучение процессов микроэволюции);

4. 4. биоценотический (на уровне экосистем изучается экология);

5. 5. биосферный (вопросы глобальной экологии, биосферы, ноосферы).

Современное понимание жизни не исключает ее существования на других планетах.

Общенаучные основы химических методов разрабатываются в теории познания и методологии науки.

Агрохимия

Аналитическая химия занимается изучением веществ с целью получить представление об их химическом составе и структуре, в рамках этой дисциплины ведётся разработка экспериментальных методов химического анализа.

Биоорганическая химия

Биохимия изучает химические вещества, их превращения и явления, сопровождающие эти превращения в живых организмах. Тесно связана с органической химией, химией лекарственных средств, нейрохимией, молекулярной биологией и генетикой.

Вычислительная химия

Геохимия — наука о химическом составе Земли и планет (космохимия), законах распределения элементов и изотопов, процессах формирования горных пород, почв и природных вод.

Квантовая химия

Коллоидная химия

Компьютерная химия

Косметическая химия

Космохимия

Математическая химия

Материаловедение

Медицинская химия

Металлоорганическая химия

Нанохимия

Неорганическая химия изучает свойства и реакции неорганических соединений. Чёткой границы между органической и неорганической химии нет, напротив, существуют дисциплины на стыке этих наук, например, металлоорганическая химия.

Органическая химия выделяет в качестве предмета изучения вещества, построенные на основе углеродного скелета.

Нейрохимия своим предметом имеет изучение медиаторов, пептидов, белков, жиров, сахара и нуклеиновых кислот, их взаимодействия и роли, которую они играют в формировании, становлении и изменении нервной системы.

Нефтехимия

Общая химия

Препаративная химия

Радиохимия

Супрамолекулярная химия

Фармацевтика

Физическая химия изучает физический и фундаментальный базис химических систем и процессов. Важнейшие области исследования включают химическую термодинамику, кинетику, электрохимию, статистическую механику и спектроскопию. Физическая химия имеет много общего с молекулярной физикой. Физическая химия предполагает использование инфинитезимального метода. Физическая химия является отдельной дисциплиной от химической физики.

Фотохимия

Химия высокомолекулярных соединений

Химия одноуглеродных молекул

Химия полимеров

Химия почв

Теоретическая химия своей задачей ставит теоретическое обобщение и обоснование знаний химии через фундаментальные теоретические рассуждения (как правило, в области математики или физики).

Термохимия

Токсикологическая химия

Электрохимия

Экологическая химия; химия окружающей среды

Ядерная химия изучает ядерные реакции и химические последствия ядерных реакций.