Отличие живого от неживого.

Есть несколько фундаментальных отличий в вещественном, структурном и функциональном планах. В вещественном плане в состав живого обязательно входят высокоупорядоченные макромолекулярные органические соединения, называемые биополимерами, - белки и нуклеиновые кислоты (ДНК и РНК). В структурном плане живое отличается от неживого клеточным строением. В функциональном плане для живых тел характерно воспроизводство самих себя. Устойчивость и воспроизведение есть и в неживых системах. Но в живых телах имеет место процесс самовоспроизведения. Не что-то воспроизводит их, а они сами. Это принципиально новый момент.

Также живые тела отличаются от неживых наличием обмена веществ, способностью к росту и развитию, активной регуляцией своего состава и функций, способностью к движению, раздражимостью, приспособленностью к среде и т.д. Неотъемлемым свойством живого является деятельность, активность. «Все живые существа должны или действовать, или погибнуть. Мышь должна находиться в постоянном движении, птица летать, рыба плавать и даже растение должно расти» .

Одной из важнейших проблем современного естествознания является изучение цикличности процессов, протекающем в живом организме. Эта проблема интересует врачей и авиаторов, садоводов и орнитологов, биохимиков и генетиков, биофизиков и иммунологов, физиологов и космонавтов.

Идея ритмического течения процессов в природе и человеческой жизнедеятельности имела приверженцев еще в самый ранний период развития естествознания. В IV в. до н. э. гениальный мыслитель древности Аристотель писал: "Продолжительность всех этих явлений, и беременности, и развития, и жизни совершенно естественно измерять периодами. Я называю периодами день и ночь, месяц, год и времена, измеряемые ими, а кроме того, лунные периоды... Подобно тому, как море и всякого рода воды стоят, как мы видим, неподвижно или волнуются соответственно движению или покою ветров, а воздух и ветры -- соответственно периодам солнца и луны, а также и то, что возникает из них или в них, необходимо следовать за этими периодами, ибо в порядке вещей, чтобы периоды менее важные следовали за более важными."

Итак, одним из условий существования живых систем является свойственная живой материи ритмичность биологических функций.

Выработанная всем ходом эволюции временная последовательность взаимодействия различных функциональных систем организма с окружающей средой способствует гармоничному согласованию разных ритмических биологических процессов и обеспечивает нормальную жизнедеятельность целостного организма. Тем самым выявляется важное адаптивное значение биоритмов для жизнедеятельности организма.

Цель реферата - изучить влияние солнечных ритмов на природу.


1. Ритмичность в природе

Природная система характеризуется свойственными ей пространственными и временными ритмами. Под пространственными ритмами понимаются особенности строения системы: расположение в пространстве ее частей, форму и симметрию. В реферате о ритмичности нам потребуется еще несколько определений, уточняющих понятия: ритм, цикл, период.

Период - это число, характеризующее гармонику в частотном спектре временного ряда значений какого-либо параметра состояний системы, имеющее размерность времени, полученное усреднением или в результате какой-либо другой математической процедуры при выявлении скрытых периодичностей.

Цикл - процесс смены системой качественно различных состояний от исходного к нему же, причем различие сходных качественных состояний в расчет не принимается.

Ритм - это всегда повторяемая "смена фаз, т.е. непрерывная смена качественно различных состояний". Такое определение ритму дал Н.Я.Пэрна в своей книге "Ритм, жизнь и творчество". Ритм - не просто синусоидальное, волнообразное изменение величины какого-то параметра, это всегда изменение в соотношении качеств: на смену одному (или одним) идет другое (или другие) и так непрестанно.

Сложная ритмическая картина системы складывается под влиянием ее собственных процессов и от воздействия извне. Ритмичность необходима для согласованного функционирования частей системы. Всякая природная система распределена в пространстве, занимает конечный объем, никогда не может быть сосредоточена в одной точке. Все известные процессы в природе имеют конечные скорости течения, значит любой элементарный акт в системе длится определенное конечное время. За время своего существования природная система обязательно проходит ряд сходных состояний, образующих цикл жизнедеятельности природной системы. Необходимость повторного согласованного действия разных частей системы в каждом из циклов, приводит к наблюдаемой всюду ритмичности природных явлений. Ритмическая организация внутренней деятельности системы приводит к ритмичным внешним влияниям ее на другие системы.

Биологические ритмы описаны на всех уровнях, начиная от простейших биологических реакций в клетке и кончая сложными поведенческими реакциями. Таким образом, живой организм является совокупностью многочисленных ритмов с разными характеристиками.

С понятием «ритма» связано представление о гармонии, организованности явлений и процессов. В переводе с греческого слово «ритм», «ритмос» означает соразмерность, стройность. Ритмическими называются такие явления природы, которые периодически повторяются. Это движение небесных тел, смена времен года, дня и ночи, периодичность приливов и отливов. А также чередование максимумов и минимумов солнечной активности.

Различные физические явления отличаются периодическим, волнообразным характером. К их числу можно отнести электромагнитные волны, звук и т.д. В жизни примером служит изменение атомного веса элементов, отражающее последовательное чередование химических свойств материи.

Основные ритмы в природе, наложившие свой отпечаток на все живое на Земле, возникли под влиянием вращения Земли по отношению к Солнцу, Луне и звездам.

Природная система - открытая система, то есть подвержена влиянию других природных систем. Это означает, что ритмы внутри одной системы могут быть обусловлены ритмами других систем через взаимодействие между системами.

Проблема происхождения жизни приобрела сейчас неодолимое очарование для всего человечества. Она не только привлекает к себе пристальное внимание ученых разных стран и специальностей, но интересует вообще всех людей мира.
Сейчас считается общепризнанным, что возникновение жизни на Земле представляло собой закономерный процесс, вполне поддающийся научному исследованию. В основе этого процесса лежала эволюция соединений углерода которая происходила во Вселенной задолго до возникновения нашей Солнечной системы и лишь продолжалась во время образования планеты Земля - при формировании ее коры, гидросферы и атмосферы.
С момента возникновения жизни природа находится в непрерывном развитии. Процесс эволюции длится уже сотни миллионов лет, и его результатом является то разнообразие форм живого, которое во многом до конца еще не описано и не классифицировано.
Вопрос о происхождении жизни труден в исследовании, потому, что, когда наука подходит к проблемам развития как создания качественно нового, она оказывается у предела своих возможностей как отрасли культуры, основанной на доказательстве и экспериментальной проверке утверждений.
Ученые сегодня не в состоянии воспроизвести процесс возникновения жизни с такой же точностью, как это было несколько миллиардов лет назад. Даже наиболее тщательно поставленный опыт будет лишь модельным экспериментом, лишенным ряда факторов, сопровождавших появление живого на Земле. Трудность - в невозможности проведения прямого эксперимента по возникновению жизни (уникальность этого процесса препятствует использование основного научного метода).
Вопрос происхождении жизни интересен не только сам по себе, но и тесной связью с проблемой отличия живого от неживого.

1. Жизнь: общие отличия живых систем от неживых

Жизнь, высшая по сравнению с физической и химической формами существования материи, закономерно возникающая при определённых условиях в процессе её развития. Живые объекты отличаются от неживых обменом веществ - непременным условием жизни, способностью к размножению, росту, активной регуляции своего состава и функций, к различным формам движения, раздражимостью, приспособляемостью к среде и т.д. Однако строго научное разграничение на живые и неживые объекты встречает определённые трудности. Так, до сих пор нет единого мнения о том, можно ли считать живыми вирусы, которые вне клеток организма хозяина не обладают ни одним из атрибутов живого: в вирусной частице в это время отсутствуют метаболические процессы, она не способна размножаться и т.д. Специфика живых объектов и жизненных процессов может быть охарактеризована в аспекте как их материальной структуры, так и важнейших функций, лежащих в основе всех проявлений жизни. Наиболее точное определение жизни, охватывающее одновременно оба эти подхода к проблеме, дал около 100 лет назад Ф. Энгельс: "Жизнь есть способ существования белковых тел, и этот способ существования состоит по своему существу в постоянном самообновлении химических составных частей этих тел". Термин "белок" тогда ещё не был определён вполне точно и его относили обычно к протоплазме в целом.
Все известные ныне объекты, обладающие несомненными атрибутами живого, имеют в своём составе два основных типа биополимеров: белки и нуклеиновые кислоты (ДНК и РНК). Сознавая неполноту своего определения, Энгельс писал: "Наша дефиниция жизни, разумеется, весьма недостаточна, поскольку она далека от того, чтобы охватить все явления жизни, а, напротив, ограничивается самыми общими и самыми простыми среди них... Чтобы получить действительно исчерпывающее представление о жизни, нам пришлось бы проследить все формы её проявления, от самой низшей до наивысшей".
Ч. Дарвин в последних строках "Происхождения видов" пишет об основных законах, лежащих, по его мнению, в основе возникновения всех форм жизни: "Эти законы, в самом широком смысле - Рост и Воспроизведение, Наследственность, почти необходимо вытекающая из воспроизведения, Изменчивость, зависящая от прямого или косвенного действия жизненных условий и от упражнения и неупражнения, Прогрессия размножения, столь высокая, что она ведет к Борьбе за жизнь и её последствию - Естественному Отбору... ". Если оставить в стороне роль упражнения, которое, по позднейшим данным, служит фактором ненаследственной изменчивости, обобщение Дарвина сохраняет силу и поныне, а его основные законы жизни сводятся к двум ещё более общим. Это прежде всего способность живого ассимилировать полученные извне вещества, т.е. перестраивать их, уподобляя собственным материальным структурам, и за счёт этого многократно воспроизводить их (репродуцировать). При этом, если исходная структура случайно изменилась, то она продолжает воспроизводиться в новом виде. Способность к избыточному самовоспроизведению лежит в основе роста клетки, размножения клеток и организмов и, следовательно, - прогрессии размножения (основное условие для естественного отбора), а также в основе наследственности и наследственной изменчивости.
Советский биохимик В.А. Энгельгардт рассматривает воспроизведение себе подобного как фундаментальное свойство живого, которое ныне получает интерпретацию в терминах химических понятий на подлинно молекулярном уровне. Другая особенность живого заключается в огромном многообразии свойств, приобретаемых благодаря изменчивости материальными структурами живых объектов. Каждое из этих двух фундаментальных свойств связано в основном с функцией одного из двух биополимеров. "Запись" наследственных свойств, т.е. кодирование признаков организма, необходимое для воспроизведения, осуществляется с помощью ДНК и РНК, хотя в самом процессе репродукции непременно принимают участие белки-ферменты. Т.о., живой является не отдельная молекула ДНК, белка или РНК, а их система в целом. Реализация многообразной информации о свойствах организма осуществляется путём синтеза согласно генетическому коду различных белков (ферментных, структурных и т.д.), которые благодаря своему разнообразию и структурной пластичности обусловливают развитие самых различных физических и химических приспособлений живых организмов. На этом фундаменте в процессе эволюции возникли непревзойдённые по своему совершенству живые управляющие системы.
Т. о., жизнь характеризуется высокоупорядоченными материальными структурами, содержащими два типа биополимеров (белок и ДНК или РНК), которые составляют живую систему, способную в целом к самовоспроизведения по принципу матричного синтеза. Характерная особенность химического состава известных нам форм жизни - асимметрия оптически активных веществ, представленных в живых объектах левовращающими или правовращающими формами.
Жизнь возможна лишь при определённых физических и химических условиях (температура, присутствие воды, ряда солей и т.д.). Однако прекращение жизненных процессов, например, при высушивании семян или глубоком замораживании мелких организмов, не ведёт к потере жизнеспособности. Если сохраняется неповрежденной структура, она при возвращении к нормальным условиям обеспечивает восстановление жизненных процессов.
Жизнь качественно превосходит другие формы существования материи в отношении многообразия и сложности химических компонентов и динамики протекающих в живом превращений. Живые системы характеризуются гораздо более высоким уровнем упорядоченности структурной и функциональной, в пространстве и во времени. Структурная компактность и энергетическую экономичность живого - результат высочайшей упорядоченности на молекулярном уровне. "Именно в способности живого создавать порядок из хаотического теплового движения молекул, - пишет Энгельгардт, - состоит наиболее глубокое, коренное отличие живого от неживого. Тенденция к упорядочению, к созданию порядка из хаоса есть не что иное, как противодействие возрастанию энтропии". Живые системы обмениваются с окружающей средой энергией, веществом и информацией, т.е. являются открытыми системами. При этом, в отличие от неживых систем, в них не происходит выравнивания энергетических разностей и перестройки структур в сторону более вероятных форм, а наблюдается обратное.: восстанавливаются разности энергетических потенциалов, химического состава и т.д., т.е. непрерывно происходит работа "против равновесия" (Э. Бауэр). На этом основаны ошибочные утверждения, что живые системы якобы не подчиняются второму закону термодинамики. Однако местное снижение энтропии в живых системах возможно только за счёт повышения энтропии в окружающей среде, так что в целом процесс повышения энтропии продолжается, что вполне согласуется с требованиями второго закона термодинамики. По образному выражению австрийского физика Э. Шрёдингера, живые организмы как бы питаются отрицательной энтропией (негэнтропией), извлекая её из окружающей среды и увеличивая этим возрастание положительной энтропии в ней.

2. Свойства (признаки) живых систем

Итак, общими, характерными для всего живого свойствами и их отличиями от похожих процессов, протекающих в неживой природе, являются:
1) единство химического состава,
2) обмен веществ,
3) самовоспроизведение (репродукция),
4) наследственность,
5) изменчивость,
6) рост и развитие,
7) раздражимость,
8) дискретность,
9) ритмичность,
10) относительная энергозависимость,
11) гомеостаз.
1. Единство химического состава. В состав живых организмов входят те же химические элементы, что и в объекты неживой природы. Однако соотношение различных элементов в живом и неживом неодинаково. Элементарный состав неживой природы наряду с кислородом представлен в основном кремнием, железом, загнием, алюминием и т.д. В живых организмах 98% химического состава приходится на четыре элемента - углерод, кислород, азот и водород.
2. Обмен веществ. Все живые организмы способны к обмену веществ с окружающей средой, поглощая из нее элементы, необходимые для питания, и выделяя продукты жизнедеятельности. При небиологическом круговороте веществ они просто переносятся с одного места на другое или изменяется их агрегатное состояние, тогда как у живых организмов обмен имеет качественно иной уровень, включая процессы синтеза и распада. Путем ряда сложных химических превращений вещества, поглощенные из окружающей среды, трансформируются в вещества живого организма, из которых строится их тело. Такие процессы называются ассимиляцией, или пластическим обменом. Процессы, обратные ассимиляции, в результате которых сложные органические соединения распадаются на простые, получили название диссимиляции. При таком распаде веществ утрачивается их сходство с веществами организма и выделяется энергия, необходимая для реакций биосинтеза, вследствие чего диссимиляцию называют еще энергетическим обменом. Обмен веществ обеспечивает постоянство химического состава и строения всех частей организма и как следствие - постоянство их функционирования в непрерывно меняющихся условиях окружающей среды.
3. Самовоспроизведение (репродукция). Самовоспроизведение, репродукция, или размножение, - это свойство организмов воспроизводить себе подобных; этот процесс осуществляется практически на всех уровнях организации живой материи. Благодаря репродукции не только целые организмы, но и клетки, органеллы клеток (митохондрии, пластиды и др.) после деления сходны со своими предшественниками. Из одной молекулы ДНК - дезоксирибонуклеиновой кислоты - при ее удвоении образуются две дочерние молекулы, полностью повторяющие исходную. В основе самовоспроизведения лежат реакции матричного синтеза, то есть образования структур на основе информации, заложенной в последовательности нуклеотидов ДНК.
4. Наследственность заключается в способности организмов передавать свои признаки, свойства и особенности развития из поколения в поколение. Наследственность обусловлена стабильностью, основанной на постоянстве строения молекул ДНК.
5. Изменчивость - свойство, как бы противоположное наследственности, но вместе с тем тесно связанное с ней, так как при этом изменяются наследственные задатки - гены, определяющие развитие тех или иных признаков. Иными словами, изменчивость - это способность организмов приобретать новые признаки и свойства, в основе которой лежат изменения биологических матриц. Изменчивость создает разнообразный материал для естественного отбора, то есть отбора наиболее приспособленных особей к конкретным условиям существования в природе, что, в свою очередь, приводит к появлению новых форм жизни, новых видов организмов.
6. Рост и развитие. Под развитием понимают необратимое направленное закономерное изменение состава или структуры объектов живой и неживой природы. Развитие живой формы существования материи представлено индивидуальным развитием, или онтогенезом, и историческим развитием, или филогенезом. В процессе развития возникает специфическая структурная организация индивида, а увеличение его биомассы обусловлено репродукцией макромолекул, элементарных структур клеток и самих клеток. Филогенез, или эволюция, - это необратимое и направленное развитие живой природы, сопровождающееся образованием новых видов и прогрессивным (или регрессивным) усложнением (или упрощением) жизни. Результатом эволюции является все многообразие живых организмов на земле.
7. Раздражимость. Любой организм неразрывно связан с окружающей средой: извлекает из нее питательные вещества, подвергается воздействию неблагоприятных факторов среды, вступает во взаимодействие с другими организациями и т.д. В процессе эволюции у живых организмов выработалось и закрепилось свойство избирательно реагировать на внешние воздействия. Это свойство носит название раздражимости. Всякое изменение окружающих организм условий среды представляет собой по отношению к нему раздражение, а его реакция на внешние раздражители служит показателем его чувствительности и проявлением раздражимости. Реакция многоклеточных животных на раздражение осуществляется через посредство нервной системы и называется рефлексом.
8. Дискретность. Само слово "дискретность" означает прерывистость, разделенность и характеризует свойство жизни проявляться в виде дискретных форм. Отдельный организм или иная биологическая система (вид, биоценоз и др.) состоит из отдельных изолированных, то есть обособленных или отграниченных в пространстве, но, тем не менее тесно связанных и взаимодействующих между собой частей, образующих структурно-функциональное единство. Любой вид организмов включает отдельные особи. Тело высокоорганизованной особи образует пространственно отграниченные особи, которые, в свою очередь, состоят из отдельных клеток. Энергетический аппарат клетки представлен отдельными митохондриями, аппарат синтеза белка - рибосомами и т.д. вплоть до макромолекул. Свойство дискретности организма является основой его структурной упорядоченности, возможности постоянного самообновления с заменой структурных элементов (молекул, ферментов, органоидов клетки и целых клеток) без прекращения выполняемой функции. Дискретность вида предопределяет возможность его эволюции путем гибели или устранения от размножения неприспособленных особей и сохранение индивидов с полезными для выживания признаками.
9. Ритмичность. Под ритмом (от греч. "ритмос" - теку) понимается повторение одного и того же события либо состояния через строго определенные отрезки времени. В физике периодические процессы выражаются в герцах (Гц). Гц - частота периодического процесса, при которой за время 1 с происходит один цикл периодического процесса. Наименьший промежуток времени, через который система, совершающая колебания, снова возвращается в то же состояние, в котором она находилась в начальный момент, называется периодом колебаний. В биологии под ритмичностью понимают периодические изменения интенсивности физиологических функций с различными периодами колебаний (от нескольких секунд до года и столетия). Хорошо известны суточные ритмы сна и бодрствования у человека; сезонные ритмы активности и спячки у некоторых млекопитающих (суслики, ежи, медведи) и многие другие. Ритмичность направлена на согласование функций организма с окружающей средой, то есть на приспособление к постоянно меняющимся условиям существования.
10. Относительная энергозависимость. Живые тела представляют "открытые" системы, устойчивые лишь при условии непрерывного доступа к ним энергии и материи в виде пищи из окружающей среды. Живые организмы в отличие от объектов неживой природы отграничены от окружающей среды оболочками (наружная клеточная мембрана у одноклеточных, покровная ткань у многоклеточных). Эти оболочки затрудняют обмен веществ между организмом и внешней средой, сводят к минимуму потери веществ и поддерживают пространственное единство системы. Таким образом, живые организмы резко отличаются от объектов физики и химии - неживых систем - своей исключительной сложностью и высокой структурной и функциональной упорядоченностью. Эти отличия придают жизни качественно новые свойства. Живое представляет собой особую ступень развития материи.
11. Гомеостаз (саморегуляция) - совокупность приспособительных реакций организма, направленных на сохранение динамического состояния его внутренней среды (температуры тела, кровяного давления и др.). В его основе лежит принцип отрицательной обратной связи. Именно эта способность живых систем сохранять стационарное состояние в условиях непрерывно меняющейся среды и обусловливает их выживание.

Заключение

Жизнь, высшая по сравнению с физической и химической форма существования материи, закономерно возникающая при определённых условиях в процессе её развития. Живые объекты отличаются от неживых обменом веществ - непременным условием жизни, способностью к размножению, росту, активной регуляции своего состава и функций, к различным формам движения, раздражимостью, приспособляемостью к среде и т.д.
Особенность живого заключается в огромном многообразии свойств, приобретаемых благодаря изменчивости материальными структурами живых объектов.
Живые системы характеризуются гораздо более высоким уровнем упорядоченности структурной и функциональной, в пространстве и во времени.
Живые системы обмениваются с окружающей средой энергией, веществом и информацией, т.е. являются открытыми системами. При этом, в отличие от неживых систем, в них не происходит выравнивания энергетических разностей и перестройки структур в сторону более вероятных форм, а наблюдается обратное.: восстанавливаются разности энергетических потенциалов, химического состава и т.д., т.е. непрерывно происходит работа "против равновесия".
Таким образом, жизнь качественно превосходит другие формы существования материи в отношении многообразия и сложности химических компонентов и динамики протекающих в живом превращений.