45. Сущность жизни

Определения и обозначения

Жизнь — особая форма существования материи, для которой характерны обмен веществ и энергии, клеточное строение, саморегуляция и воспроизведение наследственной информации. Это определение нужно, чтобы искать не один «волшебный» признак, а систему взаимосвязанных свойств. Отдельные проявления вроде роста или движения встречаются и у неживых объектов, поэтому сами по себе они не дают надёжного ответа.

Организм — живое целое, состоящее из одной или многих клеток и способное поддерживать свою жизнедеятельность. Это понятие помогает рассматривать бактерию, растение или животное как единую систему, а не просто набор частей. Клетка — наименьшая структурная и функциональная единица большинства организмов: именно в ней происходят процессы, необходимые для жизни.

Обмен веществ и энергии — поступление в организм веществ и энергии, их преобразование и выделение продуктов жизнедеятельности. Благодаря обмену клетка получает материал для построения своих частей и энергию для работы. Гомеостаз — поддержание относительного постоянства внутренней среды; он нужен, потому что условия вокруг организма меняются, а клеткам требуется определённый режим работы.

Наследственность — способность передавать особенности от родителей потомству, а изменчивость — способность организмов приобретать различия. Наследственная информация хранится в молекулах ДНК, а её передача позволяет сохранять особенности вида. Изменчивость создаёт различия между особями и даёт материал для эволюционных изменений.

Как это устроено

Признаки живого связаны друг с другом, поэтому жизнь нельзя свести к перечню независимых свойств. Клеточное строение создаёт упорядоченную среду, в которой идут реакции и хранятся инструкции для работы организма. Обмен веществ снабжает клетки материалом и энергией, а саморегуляция помогает согласовать процессы, когда внешние условия меняются.

Обмен веществ включает поступление нужных соединений, их преобразование и удаление ненужных продуктов. Организм не может просто накапливать всё полученное: продукты реакций способны мешать работе клеток, поэтому их необходимо перерабатывать или выводить. Энергия нужна для синтеза веществ, движения, передачи сигналов и других процессов, а её поступление связано с питанием или использованием света.

Внутренние процессы регулируются так, чтобы условия в организме оставались подходящими для клеток. Например, при изменении температуры среды организм может запускать реакции, которые помогают сохранить необходимую температуру тела. Такое постоянство не означает неподвижность: показатели могут колебаться, но системы регуляции удерживают их в допустимых пределах. Без этого ферменты и другие клеточные структуры работали бы хуже.

Рост и развитие также связаны с обменом веществ и наследственной информацией. Рост означает увеличение размеров или массы, а развитие — последовательные изменения строения и функций организма на протяжении жизни. Информация в ДНК задаёт возможности развития, но на проявление признаков влияют и условия среды. Поэтому организмы одного вида похожи, но не обязаны быть совершенно одинаковыми.

Раздражимость — способность воспринимать изменения среды и отвечать на них. Она помогает организму находить полезные условия и избегать опасных: растение может направлять побег к свету, а животное — отдёргивать конечность от горячего предмета. Ответ не всегда выглядит как движение всего организма: у одноклеточных он может быть простым изменением направления движения, а у растений — постепенным изменением роста.

Размножение обеспечивает появление новых организмов и продолжение существования вида. При этом потомки получают наследственную информацию, но не всегда являются точными копиями родителей: различия возникают при передаче и изменении этой информации. Сочетание наследственности и изменчивости позволяет сохранять важные особенности и одновременно создавать разнообразие, на котором действует естественный отбор.

Организм постоянно взаимодействует со средой и потому является открытой системой. Он получает вещества и энергию, использует их и выделяет тепло и продукты обмена. Даже если внешне объект кажется неподвижным, внутри живого организма непрерывно идут процессы обновления и регуляции. У вирусов многие признаки проявляются только при взаимодействии с клеткой хозяина, поэтому их положение на границе живого и неживого обсуждают отдельно.

Признаки живого и их значение

Используйте таблицу не как тест с одним решающим пунктом, а как список вопросов к объекту. Сначала проверьте, есть ли у него клеточное строение и обмен веществ, затем оцените остальные признаки и их связи. Чем больше свойств проявляются совместно и согласованно, тем убедительнее вывод о принадлежности объекта к живому.

Разбор задач

Задача. Ученик сравнивает пламя свечи и бактерию. Пламя распространяется, увеличивается при поступлении топлива и прекращает существование, если перекрыть доступ к нему; бактерия тоже использует вещества среды и может увеличивать численность. Можно ли считать пламя живым только потому, что оно растёт и зависит от топлива? Обоснуйте вывод по совокупности признаков.

Чтобы решить задачу, нужно не приравнивать внешне похожие явления, а проверить, какие процессы стоят за ними. Увеличение пламени можно назвать ростом лишь в бытовом смысле: оно возникает из-за горения и переноса реакции на новые порции топлива. У бактерии увеличение численности связано с образованием новых клеток, а её жизнедеятельность основана на организованных процессах внутри клетки.

1. Выделяем наблюдаемые сходства. И пламя, и бактерия зависят от поступления веществ и энергии. Оба объекта могут увеличиваться или распространяться, а при недостатке необходимых условий их существование прекращается.
2. Проверяем клеточное строение. Бактерия состоит из клетки, у которой есть оболочка, наследственный материал и структуры для обмена веществ. Пламя не состоит из клеток и не имеет клеточной организации.
3. Сравниваем обмен веществ. Бактерия регулирует реакции в клетке, использует вещества для поддержания жизнедеятельности и образования клеточных компонентов. В пламени идёт химическая реакция горения, но она не организована клеткой и не поддерживается системой биологической регуляции.
4. Проверяем наследственность и размножение. Бактерия делится, передавая наследственную информацию дочерним клеткам; между потомками могут возникать различия. Пламя не передаёт потомству генетическую программу и не размножается в биологическом смысле: распространение огня — продолжение горения.
5. Формулируем вывод по совокупности. Сходство отдельных проявлений не перевешивает отсутствие у пламени клеточного строения, наследственности и биологического размножения. Поэтому бактерия — живой организм, а пламя относится к неживым процессам.

Ответ: пламя нельзя считать живым только на основании того, что оно увеличивается и нуждается в топливе. Эти признаки похожи на некоторые свойства организмов, но не сопровождаются клеточной организацией и передачей наследственной информации. Бактерию относят к живым организмам, поскольку её признаки образуют целостную систему, характерную для жизни.

Типичные ошибки

Ошибка: считать достаточным один признак, например движение или рост. Так рассуждают, потому что заметные изменения легче всего увидеть, а внутреннее устройство объекта скрыто. Но облако движется, кристалл растёт, а пламя распространяется — это не делает их организмами. Проверьте себя: назовите ещё несколько признаков и объясните, как они связаны между собой.

Ошибка: считать, что любой организм обязан быть виден без микроскопа. К бактериям и другим микроскопическим формам жизни это правило неприменимо, хотя они состоят из клеток и осуществляют обмен веществ. Ошибку допускают, когда подменяют понятие «живое» привычным примером крупного животного или растения. Проверка простая: размер не является главным критерием, оценивайте строение и жизненные процессы.

Ошибка: считать потомство точной копией родителей. Наследственность действительно сохраняет и передаёт признаки, но изменчивость приводит к различиям между потомками. Ошибка возникает, если сосредоточиться только на сходстве поколений и забыть о влиянии среды и изменениях наследственной информации. Для проверки спросите себя, объясняет ли ваш ответ одновременно и преемственность признаков, и разнообразие особей.

Ошибка: без оговорок называть вирусы обычными клеточными организмами. У вирусов есть наследственный материал, но у них нет клеточного строения и самостоятельного обмена веществ; размножение возможно только внутри клетки хозяина. Их относят к пограничным формам, поэтому одного наличия генетической информации недостаточно для простого вывода. Проверяйте, какие признаки вирус проявляет самостоятельно, а какие — только в клетке.

Связь с другими темами

Представление о клетке помогает понять, на каком уровне организовано живое и где происходят основные процессы обмена веществ. Тема ДНК раскрывает, как хранится и передаётся наследственная информация, а изучение размножения показывает, как она оказывается у потомства. Связь наследственности и изменчивости подводит к эволюции: различия между организмами и их взаимодействие со средой влияют на изменения популяций. Гомеостаз связан с физиологией, потому что органы и системы организма совместно поддерживают внутренние условия.

Что запомнить

• Жизнь характеризуется не одним свойством, а совокупностью взаимосвязанных признаков.
• Для организмов характерны клеточное строение, обмен веществ и энергии, саморегуляция, рост и развитие, раздражимость и размножение.
• Наследственность передаёт признаки потомству, а изменчивость создаёт различия между организмами.
• Сходство с отдельным признаком живого не доказывает, что объект является организмом: важны его устройство и процессы в целом.
• Вирусы занимают пограничное положение: наследственный материал у них есть, но размножаются они только внутри клетки хозяина.