Человечество до сих пор пользуется великим множеством трудноопределяемых понятий*, одно из которых – “Жизнь”, к тому же представляющее собой величайшую головоломку. Существует много определений жизни (если собрать вместе все предложенные определения, то их будет не меньше сотни!), спорных и не очень, начиная с общеизвестного определения Ф. Энгельса**, но нет ни одного точного и всех удовлетворяющего определения, поскольку все они отличаются своеобразной тупиковостью. Мало того, по мере развития науки понятие “жизнь” непрерывно усложняется. С обыденной точки зрения жизнь – это всё множество организмов в полной своей совокупности, существующих на Земле, а с философской – это форма, сохраняющаяся в течение определённого времени, при постоянном обновлении содержания. Доктор биологических наук Б. М. Медников (1932–2001) дал наиболее короткое и точное научное определение понятию жизнь: “Жизнь – это активное, идущее с затратой энергии поддержание и воспроизведение специфической структуры”. Другими словами, всё, что может воспроизводить и копировать себя (т. е. самореплицироваться) за счёт ресурсов окружающего мира – это и есть Жизнь. Воспроизведение – существенное свойство живого, но оно, увы, встречается и в неживом мире, например, воспроизводить себя могут и кристаллы, и фрактальные структуры, например, такие как снежинки. Необходимо отметить, что это только количественный критерий. К нему следует добавить второй критерий – способность живого с течением времени преобразовываться в новые формы (изменяться и адаптироваться) по мере появления новых поколений, и этот процесс мы называем Эволюцией.
Эволюция пользуется одним удивительным преимуществом – существенной неограниченностью геологического времени (по Джеймсу Хаттону). Жизнь определяют как некое предельно сложное (эмерджентное) состояние, включающее в себя основополагающие строительные блоки (белки и нуклеиновые кислоты)***, и характеризующееся определённой степенью метаболической и биохимической автономии, а также способностью генерировать химическую энергию. Главные отличительные черты живого – это способность к упорядочению материи (понижению уровня энтропии) и самовоспроизведению этой упорядоченности****. Поддержание упорядоченности возможно только в открытых системах с постоянным поступлением в них энергии извне. Живые организмы за счёт энергии пищи, химической энергии (хемосинтез) или квантов света (фотосинтез) генерируют молекулы АТФ, гидролитический распад которых (реакции присоединения молекул воды) приводит к повышению энтропии, и за счёт этого снижается энтропия синтезируемых полимерных молекул (нуклеиновых кислот и белков), процессы синтеза которых связаны с удалением молекул воды. Отсюда следует, что сопряжение реакций, приводящих к возрастанию упорядоченности и реакций, поставляющих энергию, в живых системах происходит на уровне воды. По образному выражению Эрвина Шрёдингера (Erwin Schrödinger, 1887–1961) живые существа “пьют упорядоченность” из окружающей среды.
Не меньшую значимость имеет и способность к “обучению”. Сначала одни формы жизни “научились искусству жить”, а другие – ещё и искусству порождать новые формы, наряду с третьими формами, демонстрирующими предельную консервативность своих прошлых достижений и неутраченных адаптаций. Они, достигнув вершины в мастерстве выживания, остаются неизменными триумфаторами и сейчас. Такое разделение “способностей”, в конце концов, привело к тому, что в процессе эволюции только один вид развил интеллект, породивший материальную и духовную культуру, и конкурентов у него, увы, не оказалось. Один из главных отличительных парадоксов жизни заключается в том, что её непрерывность обеспечивается процессами распада (деструкции). Для жизни характерны реципрокные отношения энтропии и информации – чем больше одного, тем меньше другого. Именно живому присуще создание упорядоченности из беспорядка, что находится в рамках второго закона термодинамики. И это созидание упорядоченности зависит от особого отличительного свойства живого – существования молекулярной матрицы (ДНК), с которой в режиме умножения числа копий этой матрицы считывается молекулярная информация в другой молекулярной форме (РНК) и переводится в третью молекулярную форму (белки). Американский учёный Кэмпбелл (J. Campbell) когда-то сказал: “Информационное содержимое системы под названием человеческое тело – это ДНК”. Сейчас мы уже хорошо понимаем, что одной ДНК далеко недостаточно. Жизнь – это всегда взаимодействие двух главных типов полимеров – белков и нуклеиновых кислот, из коих, как теперь считается, РНК была первой и самой важной для зарождения жизни. И хотя биологические процессы обеспечиваются химическими процессами (жизнь строится на динамической ассоциации макромолекул, а главное свойство жизни – это постоянное изменение), само понимание явления жизни лежит вне рамок химии, как равно и физики. Если живая Природа и отличается по своим свойствам от неживой, то только не тем, что она подчиняется другим законам. В живой Природе “объединение” частей всегда заходит значительно дальше, чем в неживой природе. Отсюда, важнейшее уравнение биологии – это уравнение неаддитивности, где 1+1>2.
Ещё одной удивительной чертой жизни является неописуемое разнообразие её форм при сохранении одинаковых внутренних механизмов их воспроизведения, существующее на основе неукоснительного соблюдения небольшого числа главных принципов. (Причём, соблюдение некоторых принципов сохраняется в течение сотен миллионов лет у организмов любых уровней сложности!) Примерами могут быть механизмы протекания митоза и мейоза, или структурная организация хромосом и рибосом. Удивляет и то, что живые организмы каким-то непостижимым образом постоянно ограничивают неограниченные возможности для появления всевозможных сбоев и ошибок в функционировании своих систем, хотя на уровне индивидуальных организмов встречаются различные генетические нарушения и заболевания, приводящие даже к морфологическим дефектам (уродствам). Существует распространённое на бытовом уровне выражение: “Жизнь – есть движение”. Это движение проявляется не столько в форме перемещения организма в пространстве, сколько в движениях сердца, сосудов, диафрагмы и кишечника. Внутри организма клетки движутся не только с током телесных жидкостей, но и в процессе эмбрионального развития и роста, обеспечивающего морфогенез (R. Winklbauer, M. Schürfeld, Vegetal rotation, a new gastrulation movement involved in the internalization of the mesoderm and endoderm in Xenopus. Development, 1999, v. 126, p. 3703–3713), а также в процессе реализации иммунологических реакций. С движением клеток связаны и репродуктивные функции. Различные формы движения характерны и для внутренних компонентов клеток. Внутри клеток движется цитоплазма, перемещаются органеллы и макромолекулы и их комплексы в форме различных грузов (карго), движутся центриоли, хромосомы и мембраны (в процессе перемещения клетки). Венгерский биолог-теоретик Эрвин Симонович Бауэр (1890–1942), выдвинувший “принцип устойчивого неравновесия”, писал: “Только живые системы никогда не бывают в равновесии и исполняют за счёт своей свободной энергии постоянную работу против равновесия, требуемого законами физики и химии при существующих внешних условиях”. Наконец, жизнь, как биологическое явление, характеризуется гигантскими скоростями создания биомассы, что наглядно демонстрирует само человечество, постоянно наращивающее свою численность!
Жизнь, увы, невозможна без смерти, которая возвращает биогенный метериал в кругооборот и открывает дорогу новым, возможно, более совершенным (хотя и необязательно), но главное, более адаптированным к новым условиям среды организмам.
Считается, что жизнь на нашей планете зародилась около 3,8 млрд. лет назад. Однако открытие, сделанное в 2015 г. калифорнийскими учёными, изучавшими минералы подкласса островных силикатов – цирконы (от нем. Zirkon < перс. Zargьn – золотой камень, ZrSiO4 – одни из самых старых минералов на нашей планете, которые являются свидетелями первого, так называемого, хадейского (гадейского – от Гадес (Аид) – бог царства мёртвых, англ. Hadean; русский эквивалент – хэдий, азой, антезой, преархей, приской – геологический эон) этапа в истории Земли (по-другому, катархея – от греч. καταρχαιοζ – ниже древнейшего), всегда считавшегося безжизненным) из массива Джек Хиллс в западной Австралии, обнаружили в одном из кристаллов графит с соотношением тяжёлых изотопов к лёгким, характерным для органических веществ. А возраст этих кристаллов циркона равен 4,1 млрд. лет!
И, наконец, последнее. Думается, что Жизнь, скорее всего, – рядовое явление во Вселенной. Возможно, в тех или иных формах она постоянно возникает и исчезает в разных её частях как результат эволюции материи (как особая форма её самоорганизации). Поэтому, чтобы понять Жизнь, необходимо знать Вселенную. В то же время вряд ли Жизнь существует в центральных областях нашей галактики, которые не очень то “дружелюбны” для всего живого. Строгий анализ условий возникновения жизни на Земле говорит о том, что Жизнь – это результат сложной череды совершенно случайных и маловероятных событий, создавших благоприятные возможности для её появления! Отсюда следует, что какие-либо специальные стимулы для жизни не нужны, ей нужны только благоприятные возможности. Кроме того, жизнь невозможна без смерти. Смерть (лат. mortis, mors) возвращает биогенный метериал в оборот и открывает дорогу новым более совершенным и более многообразным организмам (с эволюционной точки зрения).
Единство жизни на нашей планете – это экспериментально доказанный факт, и все условия для зарождения жизни на Земле были и есть. Но, как зародилась Жизнь, возможно, мы не узнаем никогда (в силу краткости своего существования), а вот следы её развития мы обнаруживаем повсюду. К тому же Земля (как это не парадоксально!) – источник жизни и для Космоса, по крайней мере, ближнего, что продемонстрировано обнаружением живых бактерий и морского планктона, а также сохранной ДНК на поверхности космических аппаратов, в частности, на МКС.
Живой мир – это средоточие и реализация принципа невообразимого биоразнообразия живых организмов, и он постонно задаёт нам вопросы, на которые и стремится найти ответы наука и, конечно, биология.
Более точными научными эквивалентами понятию жизнь служат биологические термины биота*****и биосфера (см. также ЛУКА).
*“Знание может быть полным, когда предмет имеет пределы, но у жизни нет доступных нашему пониманию границ, кроме самой смерти. Вследствие чего жизнь, которую мы не умеем определить, исчезла как категория из современной биологии”.
Амер. биохимик Эрвин Чаргафф.
К трудноопределяемым понятиям, например, относятся такие понятия как “мысль”, “мышление” и “понимание”, “норма” и “патология”, “сложность” и “эволюционная сложность”.
**Энгельс в современной интерпретации: “Жизнь – это форма существования супрамолекулярных структур, представляющих собой наномашины”. С их образования и началось зарождение жизни (см. Рибосомы, Хеликаза). Согласно этому определению возникновение жизни предопределено самой структурной организацией материи: объекты каждого уровня обладают свойством образовывать объекты следующего уровня. Поэтому для появления жизни необходимы только соответствующие условия. Клод Бернар писал: “Жизнь может быть только там, где есть вместе синтез и разрушение”. Довольно краткое определение было дано NASA: “Жизнь – это самоподдерживающаяся химическая система, подверженная дарвиновскому отбору”. Наконец, Альберт Сент-Дьёрди по этому поводу высказался следующим образом: “Жизнь есть не что иное, как электроны, которые ищут себе место для отдыха”. Возникновение жизни крайне маловероятное событие, в то же время легко объяснимое с помощью “антропного принципа”******, базирующегося на статистике и применяемого ко всей Вселенной.
***Все живые существа состоят из бесконечного многообразия веществ, в основе которых лежат модифицированные углеродные цепочки. Точно также формы жизни почти бесконечно разнообразны, а вот её внутренние механизмы у всех форм предельно одинаковые.
****Следует отметить, что термин “самовоспроизведение” не совсем точен, поскольку на всех этапах эволюции оно было невозможно без участия факторов среды (Эшби, 1960), цит. по С. Фокс и К. Дозе, 1975. И всё же, основа жизни – воспроизведение.
*****Биота рассматривается как составная часть биосферы – всей тонкой плёнки жизни на земной поверхности в понимании автора этого термина австрийского геолога Э. Зюсса (1831–1914 гг.).
******Понятие “антропный принцип” было предложено в 1974 г. английским математиком Брандоном Картером.
Жизнь – это возникающий на короткое время очень сложный локальный порядок, облечённый в стремящуюся к красоте и совершенству форму. Жизнь началась как лёгкая пена, но со временем отяжелела и расползлась по всей планете, заняв все закоулки и закоулочки, теснясь и волнуясь, дыша смрадом и благоухая, являя себя нежнейшими созданиями или отвратительнейшими монстрами. И арифметика у неё не простая; один плюс один даёт и пять, и десять, и многие, многие тысячи. И называем мы эту странную арифметику любовью, отказать в которой не смеем ни бабочке-однодневке, ни лебедю-однолюбу, ни даже бесформенной и незаметной для нас амёбе.