Биологическое определение жизни: Сущность жизни — урок. Биология, Общие биологические закономерности (9–11 класс).

Сущность жизни — урок. Биология, Общие биологические закономерности (9–11 класс).

Итак, биология — это наука о жизни. Но что такое жизнь?
Классическое определение, отражающее уровень биологических знаний второй половины \(XIX\) в., дал Фридрих Энгельс: «Жизнь есть способ существования белковых тел, существенным моментом которого является постоянный обмен веществ с окружающей их внешней природой, причём с прекращением этого обмена веществ прекращается и жизнь, что приводит к разложению белка».

Дальнейшее развитие науки показало недостаточность такого определения, так как оно не раскрывает всех проявлений жизни. Сущность жизни заключается в её самовоспроизведении, которое обеспечивается передачей генетической информации от поколения к поколению. Именно эта информация обеспечивает самовоспроизведение и саморегуляцию живых существ. Поэтому жизнь представляет собой форму движения материи высшую по сравнению с физической и химической формами её существования.

В современных определениях жизни обычно содержатся три постулата, отражающие сущность жизни:

• жизнь есть особая форма движения материи;
• жизнь есть обмен веществ и энергии в организме;
• жизнь есть жизнедеятельность в организме.

Жизнь можно определить как активное, идущее с затратой энергии, полученной извне, поддержание и самовоспроизведение специфических структур, состоящих из биополимеров — белков и нуклеиновых кислот.

Живые тела, существующие на Земле, представляют собой открытые саморегулирующиеся и самовоспроизводящиеся системы, построенные из биополимеров — белков и нуклеиновых кислот
(В. М. Волькенштейн).

В настоящее время считают, что субстратом жизни являются нуклеопротеиды (но лишь тогда, когда они находятся и функционируют в клетках; вне клеток это просто химические соединения).

Пока никому из учёных не удалось сформулировать точно, что же такое жизнь. С одной стороны у живых организмов есть ряд особенностей, которых нет у неживых тел. Но с другой стороны, каждая из этих особенностей в той или иной степени проявляется и в неживой природе.

Биология для студентов — 05. Определения жизни и их несовершенство

Жизнь — основное понятие биологии — активная форма существования материи, в некотором смысле высшая по сравнению с её физической и химической формами существования; совокупность физических и химических процессов, протекающих в клетке, позволяющих осуществлять обмен веществ и её деление (вне клетки жизнь не существует, вирусы проявляют свойства живой материи только после переноса генетического материала в клетку). Приспосабливаясь к окружающей среде, живая клетка формирует всё многообразие живых организмов. Основной атрибут живой материи — генетическая информация, используемая для репликации.

На текущий момент нет единого мнения относительно понятия жизни, однако учёные в целом признают, что биологическое проявление жизни характеризуется:

Организацией (высокоупорядоченное строение),

• метаболизмом (получение энергии из окружающей среды и использование её на поддержание и усиление своей упорядоченности),
• ростом (способность к развитию), адаптацией.
• реакцией на раздражители,
• воспроизводством (все живое размножается),
• информация, необходимая каждому живому организму, расщепляется в нем, содержится в хромосомах и генах, и передается от каждого индивидуума потомкам.

Фридрих Энгельс дал следующее определение: «Жизнь есть способ существования белковых тел, существенным моментом которого является постоянный обмен веществ с окружающей их внешней природой, причём с прекращением этого обмена веществ прекращается и жизнь, что приводит к разложению белка».

Здесь содержится 4 утверждения

1. Жизнь — способ существования белковых тел.
2. Для этого способа существенен постоянный обмен веществ.
3. Обмен веществ необходим для этого способа существования белковых тел. 4. В отсутствие обмена веществ происходит разложение белка.

Отсюда следует вывод: белок всегда разрушается при отсутствии обмена веществ. Какой белок подразумевается? Скорее всего белок, специфический для данного организма. Ясно, что в организме белки постоянно разрушаются и ресинтезируются, постоянным остаётся протеом. Гибель организма приводит к остановке ресинтеза его белков, а те, что остались используются для синтеза белка других организмов. Нельзя было бы сказать, что жизнь при этом не прекращается, поскольку только организмы являются белковыми телами, а совокупность организмов — не тело.

Обычно говорят о том, что живые организмы состоят не только из белка. В принципе, уточнение «белковое» — не самое существенное. И вместо «белковое» можно было бы, возможно, поставить любое слово. Однако, если из первого пункта убрать слово «белковый» и ничем его не заменить, объём понятия «жизнь» может существенно расшириться. Само слово «белковый» должно было ограничить объём понятия жизнь уже известными формами жизни и отсечь те объекты, которые также могли бы «использовать» обмен веществ для поддержания своего существования, но не могли бы при этом считаться живыми.

Ничего не сказано о границах обмена веществ. В определении сказано, что на неорганические тела обмен веществ действует разрушительно. И отличие жизни именно в том, что для них обмен веществ — условие жизни. Но известно, что обмен веществ (и энергией) только в определённых пределах полезен, а более интенсивный также разрушителен для органических, как и для неорганических. Таким образом, определение нуждается в уточнении о том, что только определённая интенсивность обмена веществ годится для жизни. Можно возразить, что то, что количество переходит в качество, также подразумевается. Однако это означает также, что при определённой интенсивности обмен веществ неорганические тела превратятся в живые. Скажем, если их нагреть, бросить им какие-нибудь реактивы. Однако, известно, что в ранней истории Земли такие условия были. Неизвестно, какое число различных химических соединений тогда возникло. Одни вещества постоянно превращались в другие, при этом в целом этот бульон не разрушался: чему там разрушаться. Но лишь немногие дали начало жизни. Поэтому сама по себе интенсивность обмена веществ не переходит в качество. Не любые вещества, как бы они активно ни реагировали, могут превратиться в основу жизни. Фактически точно из определения видно одно. Живым является то, существование чего поддерживается определённым обменом веществ.

В определение Энгельса попадают, вероятно, все живые существа (кроме вирусов, хотя их трудно куда-то отнести), но не только. Определение неполное и слишком широкое, и в то же время слишком узкое (ограничивается химический состав).

Российский ученый М. В. Волькенштейн дал новое определение понятию жизнь: «Живые тела, существующие на Земле, представляют собой открытые, саморегулирующиеся и самовоспроизводящиеся системы, построенные из биополимеров — белков и нуклеиновых кислот».

Согласно взглядам одного из основоположников танатологии М. Биша, жизнь — это совокупность явлений, сопротивляющихся смерти.

С точки зрения второго начала термодинамики, жизнь — это процесс или система, вектор развития которой противоположен по направлению остальным, «неживым» объектам вселенной, и направлен на уменьшение собственной энтропии.

По Озангеру и Моровицу: «Жизнь есть свойство материи, приводящее к сопряженной циркуляции биоэлементов в водной среде, движимая, в конечном счете, энергией солнечного излучения по пути увеличения сложности».

Существуют также кибернетические определения жизни. По определению А. А. Ляпунова, жизнь — это «высокоустойчивое состояние вещества, использующее для выработки сохраняющих реакций информацию, кодируемую состояниями отдельных молекул».

Существует и физиологическое определение жизни, данное в 1929 году А. Ф. Самойловым, которое не было великим учёным до конца исследовано:

«Жизнь — это замкнутый круг рефлекторной деятельности». Разрыв данного круга в любом его месте (состояние «комы») означает резкое ограничение параметров жизни или даже отсутствие жизни. Сейчас можно несколько расширить данное понятие и указать причины, от которых зависит данный «замкнутый круг». А именно: состояние внешней среды, «власти воли» индивидуума, внутренних вегетативных начал организма, неподвластных «власти воли».

Согласно официальному определению NASA, выработанному в 1994 году и применяющемуся в задачах поиска жизни во Вселенной, жизнь — «самоподдерживающаяся химическая система, способная к дарвиновской эволюции».

Определение жизни — Биология — 9 класс

1. «Жизнь во всяком теле, которое ею обладает, всецело представляет собой результат отношений, существующих между тремя следующими факторами, а именно: частями тела, способными содержать флюиды и находящимися в состоянии, свойственном данному телу, содержащимися и движущимися в этих частях флюидами и причиной, являющейся возбудителем происходящих [в теле] движений и изменений» (Ламарк Ж.-Б. Философия зоологии)

2. «Жизнь есть вихрь с постоянным направлением, и в этом вихре материя менее существенна, чем форма» (Ж. Кювье)

3. «Живые существа являются материальными объектами, которые существуют благодаря своему метаболизму и, в силу своей способности к саморегуляции, также благодаря изменениям в окружающей среде» (Roux W. Die Entwicklungsmechanik, ein neuer Zweig der biologischen Wissenschaft. Leipzig, 1905. S. 106-107)

4. «Главное отличие живого от неживого — постоянный синтез … специфической материи из простых неспецифичных компонентов» (Loeb J., 1916)

5. «Живыми следует называть тела, как правило, целесообразно отвечающие на раздражение и систематически переводящие тепло в работу» «Жизнь есть осуществление некоего, с физической точки зрения, весьма маловероятного процесса» (Берг Л. С., 1922. Труды по теории эволюции. Л.: Наука, 1977. С. 98)

6. Жизнь – это «активное поддержание нормальной специфической структуры» (J. B. S. Haldane)

7. «Все и только живые системы никогда не бывают в равновесии и исполняют за счет своей свободной энергии постоянную работу против равновесия, требуемого законами физики и химии при существующих внешних условиях» (Э. Бауэр., 1935. С. 43)

8. Живой организм — «потенциально способная к самовоспроизведению открытая система сопряженных органических реакций, катализируемых последовательно и почти изотермично сложными и специфическими органическими катализаторами, которые сами вырабатываются этой системой» (Perrett J. Biochemistry and bacteria. New Biology. 1952. Vol. 12. P. 68-96)

9. Жизнь — «сложная совокупность процессов, протекающих в организованной материальной системе и характеризуемых сохранением специфичности системы в потоке обмена веществ и наперекор разнообразным воздействиям наружной среды, если эти воздействия не превышают регулятивную способность системы» (Беклемишев В. Н. Методология систематики. 1964, С. 36)

10. Жизнь есть «активное равновесие между живым организмом и его окружением» (Maynard Smith J. The Theory of Evolution. Baltimore: Pelican Books, 1958. P. 15)

11. Жизнь – это «непрерывное самосохраняющееся взаимодействие органической материи с физико-химической средой» (Bock & von Wahlert, 1965. P. 294)

12. «С биологической точки зрения жизнь представляет собой биогенную миграцию атомов, вызванную излучением Солнца» «… понятие жизнь относится не к отдельным организмам, а ко всей совокупности живых существ, связанных определенными взаимоотношениями» (Камшилов М. М. Круговорот органического вещества и проблема сущности жизни. Журн. Общей биологии. 1966. Т. 27, № 3. С. 282-298)

13. Жизнь – это частичная, непрерывная, прогрессирующая, многообразная и взаимодействующая со средой самореализация потенциальных возможностей электронных состояний атомов (Бернал Дж. Д., 1969)

14. «Живой организм – это открытая саморегулирующаяся и самовоспроизводящаяся система, далекая от равновесия, проходящая путь необратимого развития и возникающая в результате индивидуального и эволюционного развития» (Волькенштейн М. В. Физика и биология. М.: Наука, 1980. С. 10)

15. «Приспособляемость – это, вероятно, главная отличительная черта жизни» (Селье Г. Стресс без дистресса. М.: Прогресс, 1982. С. 54)

16. Жизнь – это активное, идущее с затратой энергии поддержание и воспроизведение специфической структуры (Медников Б. М. Biologia axiomatica. 1982)

17. «Жизнь есть очень эффективный путь перевода возрастающей энтропии в полезную информацию» (Маргалеф Р. Облик биосферы. М.: Наука, 1992)

18. Жизнь — «автономный, автоматизированный и активный процесс, организуемый комплексом вычислительно-семантических программ управления»

(Смолянинов В. В. Новый этап теоретической биологии. Эрвин Бауэр и теоретическая биология. Пущино, 1993. С. 70-76)

19. Жизнь есть «процесс существования организованного целого» (Ho M.-W., Popp … Thinking about biology. 1993. P. 184)

20. «Все и только живые системы обладают взаимообусловливающими друг друга процессами индивидуального и исторического развития» (Раутиан А. С. Журнал общей биологии. 1993. Т. 54, № 2. С. 143)

21. Жизнь – это «способ существования совокупности организмов планеты (биологической системы) и отдельного организма (биологического элемента), состоящий в сохранении ансамбля элемент-системных и межэлементных отношений – пищевого и генеалогического» (Левушкин С. И., Шилов И. А. Общая зоология. М.: Высшая школа, 1994. С. 36)

22. Существует два альтернативных определения жизни:

1. фенотипическое – «живое состоит из частей, или из «органов», которые выполняют функции»

2. генеалогическое – «живое обладает свойствами размножения, изменчивости и наследственности»

(Maynard Smith J., Szathmary E. The major transitions in evolution. Oxford: W. H. Freeman, 1995. P. 17)

23. Жизнь — «Особая форма движения материи, выражающаяся в совокупном взаимодействии универсальных свойств организмов» (Пономарева И. Н. и др. Общая биология. 10 кл. М.: Вентана-Граф, 2003. С. 9)

Определение биологического вида – новый подход | Научные открытия и технические новинки из Германии | DW

В сегодняшнем выпуске радиожурнала речь пойдёт о новом подходе к определению биологического вида как основы классификации живых организмов и о новом методе диагностики, позволяющем визуализировать работу лёгких, не подвергая пациента радиоактивному облучению.

Итак, для начала обратимся к современным проблемам систематики – именно так называется раздел биологии, занимающийся описанием и обозначением организмов – как ныне существующих, так и вымерших, – и классификацией их по таксонам, то есть группам различного ранга – царствам, типам, классам, отрядам, семействам, родам и видам. Систематика – на первый взгляд, вещь, казалось бы, сугубо формальная, – на самом деле, служит основой для многих биологических наук и имеет чрезвычайно важное значение, поскольку позволяет ориентироваться во множестве существующих видов организмов. Однако и само понятие вида, как ни странно, вызывает жаркие споры среди учёных – строгое общепринятое определение вида до сих пор не разработано. Чем пристальнее биологи вглядываются в живые организмы, тем более расплывчатым становится понятие вида. А между тем, вид – это основная структурная единица в системе живых организмов, это та самая базовая таксономическая категория, на которой строится вся биологическая систематика. Так что, похоже, без новых подходов тут не обойтись. Сегодня видом принято называть совокупность популяций особей, способных к скрещиванию с образованием плодовитого потомства, населяющих определённый ареал, обладающих рядом общих морфологических и физиологических признаков и отделённых от других таких же групп особей полным отсутствием гибридных форм. Однако из каждого правила, как известно, есть исключения. Хрестоматийными примерами такого исключения – их даже изучают в школе на уроках биологии – служат мул (гибрид кобылы с ослом) и лошак (гибрид ослицы с жеребцом). Лошади и ослы относятся к разным видам и в принципе не должны при скрещивании давать жизнеспособное потомство, однако на практике не всё так просто. Мул не просто жизнеспособен, он обладает такой выносливостью, что используется для работы в упряжи и под вьюком во многих странах Азии, Африки, Северной и Южной Америки и Европы. Правда, мул и лошак сами не способны к размножению, хотя бы отчасти подтверждая этим традиционное определение вида. Однако биологи знают и другие исключения, причём далеко не всегда межвидовые гибриды столь же бесплодны, как мул или лошак. Совсем недавно стал известен особенно разительный пример нарушения общепринятых представлений о биологическом виде. Речь идёт об обитающих в Центральной Африке обезьянах. Колин Гроувз (Colin Groves), сотрудник Австралийского национального университета в Канберре, говорит:

Там имеется весьма впечатляющий пример скрещивания двух видов обезьян, принадлежащих к роду мартышек. У белоносых мартышек и у коронованных мартышек ареалы обитания охватывают значительную часть Центральной Африки и практически совпадают. И почти везде эти два вида размножаются совершенно самостоятельно и автономно, никак не соприкасаясь друг с другом. Однако в нескольких районах на восточной окраине их совместного ареала обитания мы встречаем гибриды этих двух видов. Причём буквально бросается в глаза, что в каждом таком районе доминирует какой-то один из видов, а второй встречается крайне редко. Напрашивается предположение, что обезьяны редкого вида пытаются сперва найти себе пару среди особей собственного вида, и лишь когда это не удаётся, идут на контакт с представителем другого, доминирующего вида, благо они здесь в избытке. Но всё же это, так сказать, вынужденный шаг – за неимением лучшего варианта.

Учёные обнаружили даже несколько районов, в которых гибриды составляют уже большинство. Вполне возможно, что со временем – в ближайшие тысячи лет – здесь сформируется новый вид мартышек. Причём этот процесс никак не повлияет на два исходных вида обезьян: на большей части своей совместной территории обитания они по-прежнему продолжают сосуществовать мирно, но обособленно, не предпринимая попыток межвидового спаривания. И всё же само по себе наличие таких гибридов свидетельствует о несовершенстве современного определения вида. Причины этого, в общем-то, очевидны. Даже если не брать в расчёт первые попытки классификации организмов, которые восходят к античности и связаны с именами Аристотеля и Теофраста, не следует забывать, что основы систематики как науки заложили британец Джон Рей в 17-м веке и швед Карл Линней в 18-м и что эти основы в значительной мере сохранились до наших дней. Самые первые системы растений и животных были искусственными, то есть объединяли организмы в группы по сходным внешним признакам, не учитывая их родственные связи. Учение Дарвина придало развитию систематики эволюционное направление. Правда, в современной систематике существуют и другие направления – прежде всего, кладистическое и нумерическое. Но основным методом систематики остаётся сравнительно-морфологический. В то же время развитие, например, электронной микроскопии и изучение тонкого строения хромосом привело к появлению так называемой кариосистематики, а развитие биохимии – к появлению хемосистематики. В последние годы большое значение обрело изучение нуклеотидного состава ДНК и РНК, породившее так называемую геносистематику. Однако и здесь всё очень непросто, – говорит Колин Гроувз:

Если попытаться положить в основу систематики совокупность генетических различий между отдельными видами, то мы опять столкнёмся с очень сложной проблемой. Дело в том, что уже есть немало примеров, когда речь совершенно бесспорно идёт о разных видах, а генетические различия между ними поистине ничтожны. В качестве иллюстрации тут могут служить три вида рыб рода хромисов семейства цихлидов, обитающие в африканских озёрах Танганьика, Виктория и Малави. Эти виды возникли вследствие географической изоляции на протяжении последних ста лет. Конечно, есть ряд морфологических признаков – например, окраска чешуи или узор рисунка, – которые позволяют определить принадлежность особи к тому или иному виду. Однако обычный генетический анализ никаких различий выявить не может.

Складывается впечатление, что природа то и дело норовит посадить в лужу учёных, придумывающих всё новые и новые подходы к определению вида. Впрочем, один их этих подходов – так называемый филогенетический – до сих пор успешно справляется со своей задачей, а потому представляется наиболее перспективным. Он позволяет сочетать классическую морфологию с данными молекулярной биологии и физиологии и даже учитывать этологические, то есть поведенческие особенности организма, которые в ряде случаев гораздо лучше характеризуют видовые признаки, чем отдельные детали строения организма. Колин Гроувз поясняет:

Использовать в качестве критерия принадлежности к виду можно любой наследуемый признак. Тут главное – чтобы он действительно всегда, в ста процентах случаев, передавался по наследству. Это может быть и какой-то фрагмент ДНК со строго определённой последовательностью нуклеотидных оснований, и окраска шерсти, и форма черепа, и белок крови. Этот признак должен лишь присутствовать у каждой – без исключения – особи данного вида. Если это условие соблюдено, то годится любой наследуемый признак.

Теперь остаётся только ждать, пока либо сама жизнь, либо аргументы Гроувза, заставят весь научный мир дружно принять новый подход к определению вида. Однако рассчитывать на то, что это произойдёт уже сегодня или завтра, нет никаких оснований. Судя по всему, этот процесс займёт не один год.

А теперь – другая тема. Сегодняшнюю медицину невозможно себе представить без использования того или иного метода визуализации внутренних органов и тканей человека в целях диагностики. Классическая рентгенография постепенно уступает место компьютерной томографии. Но какую бы разновидность этой самой томографии мы ни взяли – рентгеновскую, магнитно-резонансную или позитронно-эмиссионную, – все они относятся к методам лучевой диагностики и связаны с радиоактивным облучением пациента, а это, естественно, здоровья ему не прибавляет. И вот теперь учёные из Израиля разработали новый щадящий метод визуализации лёгких. Доктор Йигаль Кушнир (Yigal Kushnir), педиатр с 30-летним стажем практической работы в детской клинике, говорит:

Что меня всегда шокировало, так это та лёгкость, с которой назначаются рентгеновские обследования. Случается, что детям, подверженным частым простудам и, как следствие, заболеваниям дыхательных путей, делают снимок грудной клетки 5 раз в году. Это же катастрофа! И тогда я подумал: за 2 столетия существования стетоскопа он практически не претерпел никаких изменений. Ну да, на смену жёсткой трубки пришёл гибкий шланг, и для усиления звука прибор оборудован мембраной, и называется он теперь фонендоскопом, но в принципе ничего кардинально нового в его конструкцию внесено не было. А ведь это очень странно, учитывая универсальность и важность такого инструмента. И я подумал: для совершенствования стетоскопа нужно использовать возможности современных цифровых компьютерных технологий.

С этой идеей Йигаль Кушнир отправился к Меиру Бутбулю (Meir Butbul), известному в стране математику. Задача состояла в разработке алгоритма, который позволил бы визуализировать возникающие в процессе дыхания и улавливаемые стетоскопом шорохи, преобразовать акустическую картину в зрительную. По словам Бутбуля, он подошёл к проблеме строго математически, и именно это обеспечило успех:

Колебания грудной клетки при дыхании могут быть представлены в виде системы дифференциальных уравнений. В принципе, математический аппарат для решения такого рода уравнений разработан давно и мне хорошо знаком, я лишь выбрал наиболее подходящие методы анализа и несколько модифицировал их в соответствии с данной задачей.

На это ушло три недели. А затем учёные приступили к первым экспериментам: используя разработанный математиком алгоритм, провели визуализацию полученных медиком акустических кривых. Сравнение с классическими снимками лёгких вызвало у исследователей не столько даже восторг, сколько изумление: такого эффекта они и сами не ожидали. Меир Бутбуль вспоминает:

Самым поразительным было то, что на экране монитора мы совершенно отчётливо увидели все пять долей лёгких – словно в университетском учебнике анатомии. И тогда мы поняли, что изобрели что-то действительно новое и ценное.

Это новое и ценное реализовалось в методе акустической диагностики респираторных заболеваний, получившем название «Vibration Response Imaging».

Вся процедура очень проста, –

объясняет Йигаль Кушнир. На спину пациента с обеих сторон накладывается что-то вроде сетки из проводов. Эта сетка крепится с помощью 21 вакуумной присоски. Присоски устанавливаются в строго определённых точках. В этом отношении процедура напоминает классическую электрокардиографию. Пациент свободно дышит на протяжении десяти секунд, врач нажимает кнопку записи, и на экране монитора появляется изображение лёгких… Всё!

На этом процедура завершена, –

произносит Кушнир. Та информация, получение которой прежде требовало применения сложных, дорогих, а главное – отнюдь не безвредных для пациента методов диагностики, сегодня оказывается доступна врачу практически мгновенно. Ключевой элемент разработанного Кушниром и Бутбулем прибора – высокочувствительные и точнейшим образом откалиброванные микрофоны, интегрированные в каждую из вакуумных присосок. Микрофоны регистрируют звуки, возникающие в процессе дыхания, и передают эти сигналы в компьютер, где специальная программа преобразует их в своего рода «акустическую карту лёгких». Принцип прост – чем громче звук, тем темнее картинка. В результате врач получает возможность увидеть на экране монитора изображение лёгких в режиме реального времени.

С момента первых экспериментов израильских учёных прошло 4 года. За это время специально для производства новых аппаратов была создана фирма «Deep Breeze». Здесь, на полпути между Тель-Авивом и Хайфой, работают сегодня 60 человек – физики и математики, информатики и программисты, инженеры и техники. И, конечно, медики. Йигаль Кушнир уже не первый год поддерживает тесные связи с коллегами-пульмонологами разных стран мира и, прежде всего, Германии, поскольку считает, что именно Германия является сегодня мировым лидером в области терапии заболеваний дыхательных путей. Поэтому нет ничего удивительного в том, что для проведения первых в Европе крупномасштабных клинических испытаний нового метода диагностики Кушнир выбрал именно Германию. Испытания начались на днях в двух специализированных клиниках в Фюрте и Гейдельберге. Говорить об результатах пока, естественно, рано, однако один из ведущих немецких хирургов-пульмонологов – профессор Генрих Беккер (Heinrich Becker) из клиники в Гейдельберге – не скрывает, что возлагает на этот метод большие надежды. По его словам, для предоперационного планирования хирургу чрезвычайно важно знать, на каком именно участке лёгких нарушено нормальное поступление вдыхаемого воздуха. Между тем, применяемые сегодня методы визуализации способны решить эту задачу лишь очень приблизительно. Поэтому гейдельбергский профессор предрекает разработке Кушнира и Бутбуля, позволяющей осуществлять такого рода локализацию с необходимой степенью точности, триумфальное шествие по всему миру. Тем более, что речь идёт о методе неинвазивном и не связанном с радиоактивном облучением пациента.

Но пока в Германии идут испытания метода в лёгочных клиниках, израильские специалисты активно трудятся над дальнейшим расширением сферы его применения. Разработчики технологии «Vibration Response Imaging» уверены, что она вполне пригодна и для кардиологических исследований, и даже для ранней диагностики рака молочной железы.

Г. П. Гладышев ЧТО ТАКОЕ ЖИЗНЬ С ТОЧКИ ЗРЕНИЯ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ФИЗИЧЕСКОЙ ХИМИИ

Философия наук о живой природе

Часть II 

Современные философские проблемы наук о живой природе и медицинских наук

1. Философские проблемы экологии, биологических и сельскохозяйственных наук 

1.1. Предмет философии биологии и его эволюция

Природа биологического познания. Сущность и специфика философско-методологических проблем биологии. Основные этапы трансформации представлений о месте и роли биологии в системе научного познания. Эволюция в понимании предмета биологической науки. Изменения в стратегии исследовательской деятельности в биологии. Роль философской рефлексии в развитии наук о жизни. Философия биологии в исследовании структуры биологического знания, в изучении природы, особенностей и специфики научного познания живых объектов и систем, в анализе средств и методов подобного познания. Философия биологии в оценке познавательной и социальной роли наук о жизни в современном обществе.

1.2. Биология в контексте философии и методологии науки ХХ века

Проблема описательной и объяснительной природы биологического знания в зеркале неокантианского противопоставления идеографических и номотетических наук (20-е – 30-е годы). Биология  сквозь призму редукционистски ориентированной философии науки логического эмпиризма (40-е – 70-е годы). Биология глазами антиредукционистских методологических программ (70-е – 90-е годы). Проблема «автономного» статуса биологии как науки. Проблема «биологической реальности». Множественность «образов биологии» в современной научно-биологической и философской литературе.

1.3. Сущность живого и проблема его происхождения

Понятие «жизни» в современной науке и философии. Многообразие подходов к определению феномена жизни. Соотношение философской и естественнонаучной интерпретации жизни. Основные этапы развития представлений о сущности живого и проблеме происхождения жизни. Философский анализ оснований исследований происхождения и сущности жизни.

1.4. Принцип развития в биологии

Основные этапы становления идеи развития в биологии. Структура и основные принципы эволюционной теории. Эволюция  эволюционных идей: первый, второй и третий эволюционные синтезы. Проблема биологического прогресса. Роль теории биологической эволюции в формировании принципов глобального эволюционизма.

1.5. От биологической эволюционной теории к глобальному эволюционизму

Биология и формирование современной эволюционной картины мира. Эволюционная этика как исследование популяционно-генетических механизмов формирования альтруизма в живой природе. Приспособительный характер и генетическая обусловленность социабельности. От альтруизма к нормам морали, от социабельности – к человеческому обществу. Понятия добра и зла в эволюционно-этической перспективе. Эволюционная эпистемология как распространение эволюционных идей на исследование познания. Предпосылки и этапы формирования эволюционной эпистемологии. Кантовское априори в свете биологической теории эволюции. Эволюция жизни как процесс «познания». Проблема истины в свете эволюционно-эпистемологической перспективы. Эволюционно-генетическое происхождение эстетических эмоций. Высшие эстетические эмоции у человека как следствие эволюции на основе естественного отбора. Категории искусства в биоэстетической перспективе.

1.6. Проблема системной организации в биологии

Организованность и целостность живых систем. Эволюция представлений об организованности и системности в биологии (по работам А.А.Богданова, В.И.Вернадского, Л.фон Берталанфи, В.Н.Беклемишева). Принцип системности в сфере биологического познания как путь реализации целостного подхода к объекту в условиях многообразной дифференцированности современного знания о живых объектах.

1.7. Проблема детерминизма в биологии

Место целевого подхода в биологических исследованиях. Основные направления обсуждения проблемы детерминизма в биологии: телеология, механический детерминизм, органический детерминизм, акциденционализм, финализм. Детерминизм и индетерминизм в трактовке процессов жизнедеятельности. Разнообразие форм детерминации в живых системах и их взаимосвязь. Сущность и формы биологической телеологии: феномен «целесообразности» строения и функционирования живых систем, целенаправленность как фундаментальная черта основных жизненных процессов, функциональные описания и объяснения в структуре биологического познания.

1.8. Воздействие биологии на формирование новых норм, установок и ориентаций культуры

Философия жизни в новой парадигматике культуры. Воздействие современных биологических исследований на формирование в системе культуры новых онтологических объяснительных схем, методолого-гносеологических установок, ценностных ориентиров и деятельностных приоритетов.

Потребность в создании новой философии природы, исследующей закономерности функционирования и взаимодействия различных онтологических  объяснительных  схем  и  моделей,  представленных  в современной науке.

Роль биологии в формировании общекультурных познавательных моделей целостности, развития, системности, коэволюции.

Исторические предпосылки формирования биоэтики. Биоэтика в различных культурных контекстах. Основные принципы и правила современной биомедицинской этики. Социальные, этико-правовые и философские проблемы применения биологических знаний. Ценность жизни в различных культурных и конфессиональных дискурсах.

Исторические и теоретические предпосылки биологической интерпретации властных отношений. Этологические и социо-биологические основания современных биополитических концепций. Основные паттерны социабельного поведения в мире живых организмов и в человеческом обществе. Проблемы власти и властных отношений в биополитической перспективе.

Социально-философский анализ проблем биотехнологий, генной и клеточной инженерии, клонирования.

1.9.  Предмет экофилософии

Экофилософия как область философского знания, исследующая философские проблемы взаимодействия живых организмов и систем между собой и средой своего обитания. Становление экологии в виде интегральной научной дисциплины: от экологии биологической к экологии человека, социальной экологии, глобальной экологии. Превращение экологической проблематики в доминирующую мировоззренческую установку современной культуры. Экофилософия как рефлексия над проблемами среды обитания человека, изменения отношения к бытию самого человека, трансформации общественных механизмов.

1.10. Человек и природа в социокультурном измерении

Основные исторические этапы взаимодействия общества и природы. Генезис экологической проблематики. Экофильные и экофобные мотивы мифологического сознания. Античная экологическая мысль. Экологические воззрения средневековья и Возрождения. Экологические взгляды эпохи Просвещения. Экологические идеи Нового Времени. Дарвинизм и экология. Учение о ноосфере В.И.Вернадского. Новые экологические акценты XX века: урбоэкология, лимиты роста, устойчивое развитие. Современные идеи о необходимости нового мирового порядка как способа решения глобальных проблем современности и обеспечения перехода к стратегии устойчивого развития. Историческая обусловленность возникновения социальной экологии. Основные этапы развития социально-экологического знания. Предмет и задачи социальной экологии, структура социально-экологического знания и его соотношение с другими науками. Специфика социально-экологических законов общественного развития, их соотношение с традиционными социальными законами. Социальная экология как теоретическая основа преодоления экологического кризиса.

1.11. Экологические основы хозяйственной деятельности

Специфика хозяйственной деятельности человека в процессе природопользования, основные этапы ее. Особенности хозяйственной деятельности с учетом перспективы конечности материальных ресурсов планеты. Основные направления преобразования производственной  и потребительской сфер общества с целью преодоления экологических трудностей. Направления изменения системы приоритетов и ценностных ориентиров людей в условиях эколого-кризисной ситуации. Пути преодоления конечности материальных ресурсов при одновременном поступательном развитии общества.

1.12. Экологические императивы современной культуры

Современный экологический кризис как кризис цивилизационный: истоки и тенденции. Направления изменения биосферы в процессе научно-технической революции. Принципы взаимодействия общества и природы. Пути формирования экологической культуры.

Духовно-исторические основания преодоления экологического кризиса. Этические предпосылки решения экологических проблем. Экология и экополитика. Экология и право. Экология и экономика. Концепция устойчивого развития в условиях глобализации. Экология и философия информационной цивилизации. Критический анализ основных сценариев экоразвития человечества: антропоцентризм, техноцентризм, биоцентризм, теоцентризм, космоцентризм, экоцентризм. Смена доминирующих регулятивов культуры и становление новых конститутивных принципов под влиянием экологических императивов. Новая философия взаимодействия человека и природы в контексте концепции устойчивого развития России.

1.13. Образование, воспитание и просвещение в свете экологических проблем человечества

Роль образования и воспитания в процессе формирования личности. Особенности экологического воспитания и образования. Необходимость смены мировоззренческой парадигмы как важнейшее условие преодоления экологической опасности. Научные основы экологического образования. Особенности философской программы «Пайдейя» в условиях экологического кризиса. Практическая значимость экологических знаний для предотвращения опасных разрушительных процессов в природе и обществе. Роль средств массовой информации в деле экологического образования, воспитания и просвещения населения. 

Рекомендуемая основная литература:

• Моисеев В.И. Философия науки. Философские проблемы биологии и медицины. Учебное пособие. М.: ГЭОТАР-Медиа, 2015. 592 с.
• Экология и экономика природопользования: учебник для студентов вузов, обучающихся по экономическим специальностям / под ред. Э.В. Гирусова. 4-е изд., перераб. и доп. М.: ЮНИТИ-ДАНА, 2015. 607 с.
• Лешкевич Т.Г. Философия науки: Учебное пособие для аспирантов и соискателей ученой степени / Т.Г. Лешкевич. М.: НИЦ ИНФРА-М, 2014. 272 с. URL: http://znanium.com/bookread.php?book=427381
• Сергеев А.А., Сергеев А.А. Современные философские проблемы экологии, биологических и сельскохозяйственных наук. Курс лекций: учебное пособие . Ижевск: ФГБОУ ВПО Ижевская ГСХА, 2011. 236 с.

Дополнительная литература:

• 0лескин А.В. Сетевые структуры в биосистемах и человеческом обществе. М.: Книжный дом «ЛИБРОКОМ», 2013. 304 с.
• 0лескин А.В. Биополитика. Политический потенциал современной биологии. Второе издание, переработанное и дополненное. М.: Научный мир, 2007. 508 с.
• Современные философские проблемы естественных, технических и социально-гуманитарных наук / Под ред. В.В. Миронова. М.: Гардарики, 2006. 639 с.
• Фролов И.Т. Избранные труды в 3-х томах. Том 1: Жизнь и познание. М.: Наука, 2002. 464 с. Избранные труды в 3-х томах. — Том 2: Философия и история генетики. М.: Наука, 2002. 544 с.
• Методология биологии: новые идеи. Синергетика, семиотика, коэволюция / отв. ред. О.Е.Баксанский. М.: Эдиториал УРСС. 2001. 262 с.
• Философия экологического образования / отв. ред. И.К.Лисеев, М.: Прогресс-Традиция, 2001. 412 с.
• Данилов-Данильян В.И., Лосев К.С. Экологический вызов и устойчивое развитие. М.: Прогресс-Традиция, 2000. 416 с.
• Жизнь как ценность / отв. ред. Л.В.Фесенкова. М.: ИФРАН, 2000. 270 с.
• Лось В.А., Урсул А.Д. Устойчивое развитие. Учебное пособие. М.: Агар, 2000. 252 с.
• Воронцов Н.Н. Развитие эволюционных идей в биологии. М.: Прогресс-Традиция, АБФ, 1999. 640 с.
• Введение в биоэтику. Учебное пособие / ред. Б.Г. Юдин, П.Д. Тищенко. М.: Прогресс-Традиция, 1998. 384 с.
• Мантатов В.В. Экологическая этика и устойчивое развитие. Улан Уде: Бурятск. книж. изд-во, 1998. 204 с.
• Лоренц К. Оборотная сторона зеркала. М.: Республика, 1998. 493 с.
• Биофилософия / Отв. ред. А.Т. Шаталов. М.: ИФРАН, 1997. 250 с.
• Карпинская Р.С., Лисеев И.К., Огурцов А.П. Философия природы: коэволюционная стратегия. М. : Интерпракс, 1995. 350 с.
• Красота и мозг. Биологические аспекты эстетики / под ред. И. Ренчлера, Б. Херцбергер, Д. Эпстайна. пер. с англ. М.: Мир, 1995. 335 с.
• Глобальный эволюционизм (Филос. анализ) / ред. Л.В. Фесенкова. М.: ИФРАН, 1994. 150 с.
• Реймерс Н.Ф. Надежды на выживание человечества: концептуальная экология.  М.: Россия молодая, 1992. 367 с.
• Природа биологического познания / отв. ред. И.К. Лисеев. М.: ИФРАН, 1991. 213 с.
• Вернадский В.Н. Философские мысли натуралиста. М.: Наука, 1988. 520 с.
• Борзенков В.Г. Философские основания теории эволюции. М.: Знание, 1987. 62 с.

2. Философские проблемы  медицинских, фармацевтических и ветеринарных наук 

2.1. Философия медицины и медицина как наука

Философия как мировоззренческая и общеметодологическая основа медицины. Онтологические, гносеологические и ценностно-нормативные основания медицины.  Взаимосвязь философских и общенаучных категорий и понятий медицины. 

Философия медицины, ее цели, задачи и основная проблематика. Предмет философии медицины и ее место в развитии медицины и здравоохранения. Генезис философии медицины в ХХ веке как переход к новому этапу осмысления медико-биологических и медико-социальных проблем. Гносеологические и логические основания философии медицины, ее нормы и идеалы. Системная структура знания в философии медицины.

Объект и предмет  медицины, специфика медицины как науки, базирующейся на естественнонаучных и социально-гуманитарных знаниях. Специфика анализа природных и социальных явлений, а также человека как предмета медицины. Естествознание и медицина. Философские и методологические аспекты взаимодействия медицины и биологии. Методологические основы общей патологии как науки. Психология и медицина. Общественные науки и медицинское знание. Фундаментальные и прикладные исследования в медицине.

Классификация медицинских наук как философская и методологическая проблема. Общая теория медицины как интеграция естественнонаучных и социогуманитарных знаний. Дифференциация и интеграция медицинских знаний. Медицина как мультидисциплинарная система знания. Медицина как наука и искусство, теория и практика.

Особенности развития медицины в ХХ веке. Специфика познания в медицине, особенности предмета, средств, методов и целей. Проблемы комплексного исследования медико-научных проблем. Специфика философской проблематики профилактики и клинической деятельности.

Естественнонаучные и социогуманитарные знания в медицинских теориях в свете философии медицины. Основные проблемы и принципы знания в философии медицины. Философия медицины как теория и метод. Плюрализм направлений в философии медицины, их социально историческая обусловленность. Мировоззренческая и методологическая функция философии медицины, ее роль в развитии медицинского знания.

2.2. Философские категории и понятия медицины

Количество, качество и мера, их методологическое значение в философии медицины. Мера и норма в медицине. Проблема изменения и развития в современной философии медицины. Количественные методы и проблема измерения в современной медицине.

Детерминизм и медицина. Проблема причинности (этиологии) в медицине. Критика  телеологии и индетерминизма. Методологический анализ монокаузализма и кондиционализма в медицине. Проблемы этиологии в анатомо-морфологическом, физиологическом и функциональном аспекте. Проблема моно-  и полиэтиологии заболеваний, ее методологический смысл.

Диалектика общего и специфического, внешнего и внутреннего в медицине. Структурно-функциональные взаимоотношения в медицине. Диалектика общего и местного в патологии. Категории целое и часть, структура и функция в медицине. Диалектика и системный подход в медицине.

2.3. Сознание и познание

Теория отражения и современные научные представления об эволюции форм отражения в живой природе. Отражение, деятельность, познание. Методологическое  значение теории отражения для медицины.

Мозг и психика. Происхождение и сущность сознания.  Сознание как высшая форма психического отражения действительности. Проблема идеального.

 Проблема сознания и психической деятельности в норме и в патологии. Соотношение физиологического и психического в медицине.

Отражение, его познавательные и ценностные аспекты. Диалектика процесса познания. Единство чувственного и рационального в познании. Эмпирическое и теоретическое знание в медицине. Эмпиризм и проблема теоретической нагруженности эмпирического знания. Проблемы критерия истины в философии и медицине. Точность как одна из основ истинности знания в медицине. Проблемы логико-математической и семантической точности знания в медицине. Понятие метода познания. Соотношение философского, общенаучного и конкретно-научного метода в медицине.

Факт и научная проблема. Гипотеза и научная теория, их логическая структура и  познавательная функция в медицине. Эксперимент и моделирование, их роль в медицинском познании. Возрастание роли прибора в медицине. Методологические проблемы измерений в медицине. Диагностика как специфический  познавательный процесс. Альтернативность и дополнительность клинико-нозологического и экзистенциально-антропологического подходов в диагностике. Клинический диагноз.

2.4. Социально-биологическая и психосоматическая проблемы

Философские аспекты социально-биологической проблемы. Диалектика социального и биологического в природе человека. Медицина и социально-биологической проблема: эмпирические и теоретические взаимосвязи медицины с биологией и социально-гуманитарными науками при изучении нормы и патологии, здоровья и болезни, общественного здоровья и заболеваемости. Социально-биологическая обусловленность здоровья и болезни человека. Проблема редукционизма в современной  медицине. Выработка качественно иных принципов медицины в отношении к жизни и смерти вообще и человеческой в особенности.

Философские аспекты психосоматической проблемы. Психосоматический подход в современной медицине.

2.5. Проблема нормы, здоровья и болезни

Философские и социальные аспекты учения о норме, здоровье и болезни. Философские и методологические проблемы нозологии. Нозологическая единица как эмпирическое и теоретическое понятие. Антинозологизм. Методологический анализ понятий норма и патология, здоровье и болезнь. Болезнь и патологический процесс. Проблема «уровня» патологии в познании нормы и болезни. Биологический и социальный аспекты нормы, здоровья и болезни.

Здоровье и болезнь, их место в системе социальных ценностей человека и общества. Здоровье и заболеваемость. Социальная этиология здоровья и болезни. Болезни цивилизации. Болезнь и личность больного. Исследование отношения людей к жизни и смерти в кризисных условиях.

Понятия общественного здоровья и заболеваемости, их методологический анализ. Здоровье населения как показатель его социального и экономического благополучия.

Методологические проблемы гуманизации медицины и здравоохранения. Здоровый образ жизни: сущность и методологические подходы к его изучению.  Биоэтика – наука о самоценности жизни,  основа для выработки новой моральноэтической системы, человеческих взаимосвязей и отношений.

Содержание биоэтики: моральность экспериментов на человеке, причины самоубийств или отказа больных от лечения по жизненно-важным показаниям, проблемы эвтаназии, аборта, новых репродуктивных технологий, трансплантации органов и тканей, медицинской генетики, генной инженерии, психиатрии, прав душевнобольных, социальной справедливости в новой идеологии и политике в области здравоохранения.

2.6. Рационализм и научность медицинского знания

Структура теоретического знания в медицине: проблема, гипотеза, закон, теория, мультидисциплинарный синтез. Идеалы научности современного медицинского знания. Методологические проблемы анализа медицинской «онтологической реальности» в различных парадигмах: Восток – Запад, гуморализм – научные дисциплинарные единицы знания – мультидисциплинарный синтез. Современные тенденции развития медицинского знания: от классического рационализма к современному постнеклассическому  (мультидисциплинарность, синергетика и др.) видению объекта и предмета медицины.

Рекомендуемая основная литература

• Моисеев В.И. Философия науки. Философские проблемы биологии и медицины. Учебное пособие. М.: ГЭОТАР-Медиа, 2015. 592 с.
• Курашов В.И. История и философия медицины в контексте проблем антропологии. М.: КДУ, 2012. 368 с.
• Царегородцев Г.И. Философия медицины. М.: Современный гуманитарный университет, 2011. 441 с.

Дополнительная литература:

• Юдин Б.Г., Степанова Г.Б. Здоровье человека: факт, норма, ценность М.: Изд-во МосГУ, 2009. 188 с.
• Философия науки. Вып. 13: Здоровье как проблема естественных и биомедицинских наук / Отв. ред.: И.К. Лисеев, Е.Н. Гнатик. М.; ИФ РАН, 2008. 292 с.
• Юдин Б.Г., Тищенко П.Д. Биоэтика: вопросы и ответы. М.: Прогресс-Традиция, 2005. 64 с.
• Философия медицины / Ю.Л. Шевченко и др. М.: ГЭОТАР-МЕД, 2004. 480 с.
• Философия здоровья. М.: ИФРАН, 2001. 242 с.
• Анохин А М. Теоретическое знание в медицине. М.: Медицина, 1998. 218 с.
• Саркисов Д.С., Пальцев М.А., Хитров Н.К. Общая патология человека. 2-е изд. М.: Медицина, 1998. 608 с.
• Лисицын Ю.П. Теории медицины на стыке веков – XX и XXI. М.: ВУНМЦ, 1998. 156 с.
• Энциклопедия клинического обследования больного / пер. с англ. М.: ГЭОТАР-МЕД, 1997. 701 с.
• Лисицын Ю.П., Петленко В.П. Детерминационная теория медицины. Доктрина адаптивного реагирования. СПб., 1992. 416 с.
• Проблемы методологии постнеклассической науки / Под ред. Е.А. Мамчур. М.: ИФРАН, 1992. 199 с.
• Иванюшкин А.Я. Профессиональная этика в медицине (Философские очерки). М.: Медицина, 1990. 224 с.
• Лисицын Ю.П., Сахно А.В. Здоровье человека – социальная ценность, М.: Мысль, 1988. С. 7-26.
• Медицина // Большая медицинская энциклопедия. Изд. 3-е. Т. 14, М.: Медицина, 1980. С. 7-322.
• Петленко В.П., Корольков А.А. Философские проблемы теории нормы в биологии и медицине. М.: Медицина, 1977. 391 с.

Попробуйте сформулировать собственное определение жизни.

Жизнь — способ бытия сущностей (живых организмов), наделенных внутренней активностью, процесс развития тел органического строения с устойчивым преобладанием процессов синтеза над процессами распада, особое состояние материи, достигаемое за счёт следующих свойств.

Жизнь — это способ существования белковых тел и нуклеиновых кислот, существенным моментом которой является постоянный обмен веществ с окружающей средой, причем с прекращением этого обмена прекращается и жизнь.

Биологическое

Жизнь — это особый вид материального взаимодействия генетических объектов, которые осуществляют синтез (производство) себе подобных генетических объектов.

Химико-физическое

Жизнь — преобладание процессов синтеза над процессами распада, пул энергопотребляющих процессов изменения вещества и других объектов физической химии, в которых различимы два цикла (во времени) :

Химико-волновая модель

Жизнь — это химическая волна, то есть многомерная каталитическая циклическая химическая реакция. В каждый момент времени её существования, называемом временем жизни, в каждой отдельной нити реакции на любом уровне масштаба рассмотрения от молекул до классов живых организмов можно выделить три материальных элемента: ресурс, катализатор, результат.

Кибернетическое

Жизнь — это кибернетическая структура реализующая специфические информационные функции :

память, системы кодирования, записи, передачи, приема, декодирования и интерпретации (исполнения) управляющей информации,

собственный внутренний язык — систему сигналов, свойств и методов.

Способность «слушать» и «говорить» на внутреннем языке (обрабатывать сигналы, выполняя информационные функции)

Термодинамическое

Жизнь — процесс одностороннего обмена информацией о структуре между ограниченной частью материальной системы и её окружением, использующий эффект односторонней проводимости мембран. Проводимость мембраны живого организма в направлении «внутрь организма» для информации высока, для энтропии низка. В направлении «из организма» — наоборот: проводимость для информации низка, а для энтропии высока. Примером такой мембраны является физическая граница двух любых различных сред.

Технологическое

Жизнь биологическая — белковые тела, способные самостоятельно управлять синтезом или модификацией белка.

Религиозное

Жизнь — чудесное свойство, не зависящее от материи, даваемую и отбираемую у материи Богом. Различают конечную (во времени) жизнь тела и бесконечную жизнь души. Живой организм — это такой, в теле которого существует душа.

Философское

Жизнь — это идеальная форма существования материи, способная случайно (по своему желанию) воздействовать на материю и подстраивать для себя причинно-следственные связи (адаптироваться) . Известная нам земная форма жизни возникла как результат эволюции полимерных соединений углерода и представлена разнообразными организмами, каждый из которых представляет собой индивидуальную целостную систему, обладающую:

сложной структурой и обменом веществ.

Определение жизни и примеры — Биологический онлайн-словарь

Определение жизни

существительное, множественное число: живет
(1) Отличительная характеристика живого организма от мертвого организма или неживого существа, в зависимости от конкретной способности расти, метаболизировать, реагировать (на стимулы), адаптироваться и воспроизводить
(2) Биота определенного региона

Основные характеристики живого существа

Нет единого мнения относительно ответа на вопрос о том, когда жизнь начинается.Начинается ли это во время оплодотворения или до или после него? Происхождение жизни также спорно. Несмотря на неоднозначный ответ на вопросы о жизни, основные характеристики живого таковы:

• Организация . Живые существа имеют организованную структуру для выполнения определенной функции. В частности, живое существо состоит из одной или группы клеток. Клетка — это основная структурная и функциональная единица любого организма.
• Гомеостаз . Форма жизни будет иметь возможность поддерживать свое существование, например, регулируя свою внутреннюю среду, чтобы поддерживать постоянное или благоприятное состояние.
• Метаболизм . Живое существо могло бы преобразовывать энергию из химических веществ в клеточные компоненты посредством анаболических реакций. Он также способен разлагать органические вещества посредством катаболизма.
• Рост . Живое существо растет, то есть в размерах или в количестве.
• Ответ . Организм обладает способностью реагировать на раздражители или окружающую среду, обычно через серию метаболических реакций.
• Репродукция . Одна из отличительных черт жизни — способность воспроизводить, т. Е. Производить что-то новое в своем роде.
• Адаптация . Организм способен со временем меняться, чтобы адаптироваться к окружающей среде.

Эволюционная история жизни

С биологической точки зрения эволюция важна, потому что она способствует биоразнообразию .Некоторые черты со временем станут преобладающими, а другие — редкими. Без эволюции жизнь может быть не такой, какой мы ее знаем. Он не будет таким разнообразным, как сейчас.

Сама Земля претерпевает ряд изменений. В какой-то момент Земля была обитаемой планетой. Первобытное состояние Земли было враждебным жизни. Предполагалось, что жизнь зародилась только по прошествии примерно одного миллиарда лет с момента возникновения Земли. Самовоспроизводящиеся сущности, основанные на РНК, считаются потомками всех живых существ.В течение значительного периода времени эти формы жизни превратились в одноклеточные организмы. Затем последовали многоклеточные формы. Впервые они появились около 600 миллионов лет назад.

Отслеживая историю жизни в различные геологические эпохи, можно было бы обнаружить несколько массовых вымираний, происходящих между вспышками жизни. Например, в течение пермского периода из палеозойской эры у Земли был суперконтинент под названием Пангея , окруженный океаном Панталасса .Это сделало внутреннюю часть суши очень сухой и засушливой. Из-за этого рептилии процветали, поскольку они могли процветать даже в таких средах обитания. Группа рептилий Dimetrodon эволюционировала и дала начало терапсидам . Терапсиды, в свою очередь, эволюционировали и дали начало цинодонтам , которые были ранними предками животных. В этот период также появились ранние предки динозавров, архозавров . По всей видимости, произошло массовое вымирание под названием «Великое вымирание», которое уничтожило около 90% жизни на Земле.Следующая эпоха ( г., мезозойская эпоха г.) называется «Эпохой динозавров». Эти животные господствовали на суше, в морях и в воздухе Земли. Однако произошло массовое вымирание, приведшее к гибели динозавров, а также других крупных животных. Тем не менее, млекопитающие заняли открытую нишу и расширились.

Эволюция имеет решающее значение для сохранения жизни на постоянно меняющейся Земле. Организмы должны обладать способностью адаптироваться генетически и фенотипически .Вступление в симбиотические отношения с другими организмами также может помочь повысить склонность к выживанию и процветанию. Вместе с эволюцией произошло видообразование. В ходе эволюции виды разделяются на два или более видов-потомков. К сожалению, большинство видов, живших на Земле, уже умерли. 99% видов на Земле вымерли. Эти организмы погибли, а их виды полностью исчезли. Таким образом, казалось бы, исчезновение видов неизбежно.

LUCA

Диаграмма, называемая эволюционным деревом , показывает эволюционные отношения организмов. Группировка основана на сходстве и различии генетических и физических характеристик. Схема ветвления показывает, как виды или сущности произошли от определенного общего предка. Отслеживание хода эволюции всех живых существ, которые жили на Земле, в целом привело бы к общему предку, LUCA ( последний универсальный общий предок ).LUCA является гипотетическим предком всех живых существ, и предполагается, что он появился около от 3,5 до 3,8 миллиарда лет назад .
Пока нет единого мнения о том, как возникла жизнь на Земле. Однако многие полагали, что самовоспроизводящиеся сущности, основанные на РНК, вероятно, являются потомками всех живых существ. Эти сущности превратились в одноклеточные организмы, содержащие цитоплазматические структуры, но лишенные внутренней компартментализации. Одноклеточные организмы, лишенные мембраносвязанных органелл, называются прокариотами .

Эндосимбиотическая теория

Прокариоты появились раньше, чем эукариоты. Они смогли выдержать первобытные враждебные условия Земли. Позже одноклеточные эукариоты появились около года, от 1,6 до 2,7 миллиарда лет назад . Эндосимбиотическая теория предполагает, что более крупные клетки поглощали более мелкие клетки, такие как бактерии и цианобактерии, для совместной ассоциации (эндосимбиоза). Вместе они прошли совместную эволюцию. Со временем более мелкие прокариоты превратились в полуавтономные органеллы.Бактерии превратились в митохондрии, а цианобактерии — в хлоропласты. Наличие мембраносвязанных органелл внутри клетки привело к появлению эукариот.

Многоклеточность

В году неопротерозойскую эру , особенно в эдиакарский период года (около 600 миллионов лет назад ), возникла первая многоклеточная форма. Как возникла многоклеточность, до сих пор остается предметом споров. Самая популярная теория в этом отношении — теория Геккеля.Согласно его Gastraea Theory , многоклеточность возникает, когда клетки одного вида объединяются в бластулоподобную колонию, и постепенно определенные клетки в колонии претерпевают клеточную дифференцировку. Также в этот период на основе обнаруженных окаменелостей эдиакарской биоты появились губкообразные организмы. Предполагалось, что они были первыми животными.

Кембрийский взрыв

Следующая эра, палеозой , состоит из геологических периодов от кембрия до перми, каждый из которых отмечен важными эволюционными событиями.В кембрийский период (около 541 миллион лет назад ) произошел внезапный всплеск жизни. Это геологическое событие было названо кембрийским взрывом . Появились самые разные растения и животные. По земле распространились растения и грибы. Вскоре такие животные, как членистоногие, отважились на берег, вероятно, для спаривания и откладывания яиц.

Рост беспозвоночных

В ордовикский период ( 485 — 440 миллионов лет назад ) беспозвоночные были доминирующими животными.Примитивные рыбы продолжают развиваться, и в следующий геологический период, силурийский период , произошла массовая эволюция рыб. Также в году силурийского периода ( 440–415 миллионов лет назад ) паукообразные и членистоногие начали колонизировать землю, а не просто осмелиться на нее. Внутренние газообменные системы, водонепроницаемые внешние слои, скелетные системы (эндо- или экзоскелеты) и формы воспроизводства, не связанные с водой, возникли и сделали жизнь на суше правдоподобной.

«Эпоха рыб»

Девонский период ( 415–360 миллионов лет назад ) называется веком рыб .Рыба стала доминирующим видом морских позвоночных. На суше развивались растения, и примитивные растения, деревья и кустарниковые леса служили новой средой обитания. С эволюцией наземных растений эволюционировали и разнообразились и животные. Первыми появившимися четвероногими были земноводные. Они возникли около 364 миллиона лет назад .

Появление амниот

В каменноугольный период (360–300 миллионов лет назад) произошло важное эволюционное событие. Появились четвероногие, откладывающие амниотические яйца.Кладка амниотических яиц в более сухой среде позволила амниотам четвероногих отвести отца от берега и, таким образом, доминировать дальше вглубь суши. Из-за этого к концу этого периода эти ранние амниоты сильно разнообразились.

Пермские рептилии

В пермский период (, 300–250 миллионов лет назад, ) процветали рептилии и синапсиды. Вскоре произошло важное эволюционное событие, которое привело к появлению зверолицых терапсидов. Эти терапсиды позже дали начало цинодонтам (ранним предкам млекопитающих).Первые архозавры (ранние предки динозавров) также появились в пермский период.

«Эпоха динозавров»

После палеозойской эры следует мезозойская эра ( 252–66 миллионов лет назад ), которую называют «эпохой динозавров». Динозавры бродили и господствовали на Земле. Однако произошло массовое вымирание. К концу этой эры они погибли вместе с другими крупными животными (весом более 25 кг).

«Новая жизнь»

В следующую эру, кайнозойскую ( 66 миллионов лет назад до сегодняшнего дня ) называют «Новой жизнью».Млекопитающие расширились и разнообразились. Обезьяны эволюционировали и привели к эволюции гоминидов, которая была эволюционной линией, которая привела к появлению вида Homo. Единственный сохранившийся вид рода Homo — это Homo sapiens (анатомически современные люди).

Слово происхождение: Древнеанглийский līf (жизнь, тело)
См. Также:

Связанные термины:

Связанные формы:

• живущие ( прилагательное) )
• live ( глагол )

Биолог объясняет: что такое жизнь?

Мимивирус жив?

CC BY 4.0 (адаптировано из Xiao et al 2009 PLoS Biology)

Хотя биология изучает жизнь, даже биологи не согласны с тем, что такое «жизнь» на самом деле. Хотя ученые предложили сотни способов его определения, ни один из них не получил широкого признания. А для широкой публики словарь не поможет, потому что в определениях будут использоваться такие термины, как организмы, животные и растения — синонимы или примеры жизни, — которые отправляют вас по кругу.

Вместо определения слова, учебники будут описывать жизнь списком из полдюжины особенностей, основанных на том, что имеет или что делает .Для жизни одна особенность — это клетка, отделение, в котором находятся биохимические процессы. Клетки часто перечисляются из-за влиятельной теории клеток, разработанной в 1837-1838 годах, которая утверждает, что все живые существа состоят из клеток, а клетка является основной единицей жизни. Кажется, что вся жизнь, от одноклеточных бактерий до триллионов клеток, составляющих человеческое тело, имеет свои отсеки.

В списке характеристик также будет упомянуто, что делает жизнь — такие процессы, как рост, размножение, способность к адаптации и метаболизм (химические реакции, энергия которых управляет биологической активностью).Такие взгляды разделяют такие эксперты, как биохимик Дэниел Кошланд, который перечислил свои семь столпов жизни как программа, импровизация, разделение, энергия, регенерация, приспособляемость и изоляция.

Но подход со списком разочаровывает тем фактом, что легко найти исключения, которые не отмечают все флажки в контрольном списке функций. Вы не станете отрицать, что мул — гибрид лошади и осла — жив, например, хотя мулы обычно бесплодны, поэтому нет клещей для размножения.

Мул жив?

Capri23auto на Pixabay

Субъекты на границе между живыми и неживыми также подрывают списки. Вирусы — самый известный случай, связанный с периферией. Некоторые ученые утверждают, что вирус не является живым, поскольку он не может воспроизводиться без нарушения репликационного механизма своей клетки-хозяина, однако паразитические бактерии, такие как Rickettsia , считаются живыми, несмотря на то, что они не могут жить независимо, поэтому вы можете утверждать, что все паразиты не могут жить без хозяев.Между тем, мимивирус — гигантский вирус, обнаруженный в амебе и достаточно большой, чтобы его можно было увидеть под микроскопом, — настолько похож на клетку, что изначально был принят за бактерию. С помощью синтетической биологии люди также создают примитивные кейсы — такие дизайнерские организмы, как Synthia, у которых мало функций и которые не выжили бы вне лаборатории.

Действительно ли такие сущности, как вирусы, являются формами жизни или просто подобны жизни? Использование определения списка во многом зависит от критериев, которые вы выбираете для включения, что в большинстве случаев является произвольным.Альтернативный подход — использовать теорию, которая считается определяющей чертой жизни: теория эволюции Чарльза Дарвина путем естественного отбора, процесса, дающего жизни способность адаптироваться к окружающей среде. Адаптивность присуща всему живому на Земле, что объясняет, почему НАСА использовало ее в качестве основы для определения, которое может помочь идентифицировать жизнь на других планетах. В начале 1990-х годов консультативная группа астробиологической программы НАСА, в которую входил биохимик Джеральд Джойс, представила рабочее определение: Жизнь — это самоподдерживающаяся химическая система, способная к дарвиновской эволюции .

«Способный» в определении НАСА является ключевым, потому что это означает, что астробиологам не нужно наблюдать и ждать развития внеземной жизни, а просто изучать ее химию. На Земле инструкции по созданию и управлению организмом закодированы в генах, переносятся в молекуле, подобной ДНК, информация которой копируется и передается от поколения к поколению. В другом мире с жидкой водой вы должны искать генетический материал, который, как и ДНК, имеет особую структуру, которая может поддерживать эволюцию.

Однако, как показывает миссия «Викинг», обнаружение инопланетной жизни — более сложная задача, чем сбор образцов. В 1977 году НАСА разместило посадочные аппараты на Марсе и провело множество экспериментов, чтобы попытаться обнаружить признаки жизни в марсианской почве. Результаты были неубедительными: в то время как одни тесты дали положительные результаты для продуктов химических реакций, которые могли указывать на метаболизм, другие были отрицательными для органических молекул на основе углерода. Спустя десятилетия астробиологи все еще ограничиваются поиском жизни косвенно, поиском биосигнатур — объектов, веществ или структур, которые могли быть созданы биологическим агентом.

Учитывая, что ученым, ищущим жизнь, нравятся подписи, некоторые говорят, что на самом деле нам не нужно определение . По мнению философа Карлоса Марискаля и биолога У. Форда Дулиттла, проблема с определением жизни возникает из-за неправильного мышления о ее природе. Их стратегия состоит в том, чтобы искать сущностей, которые напоминают части жизни, и рассматривать всю жизнь на Земле как отдельную личность. Это решение могло бы устроить астробиологов, но оно не удовлетворило бы людей, которые хотят знать, живо ли что-то странное, например вирус.

Основная проблема как для обнаружения, так и для определения жизни заключается в том, что до сих пор мы встречали только один пример во Вселенной: земную жизнь. Это «проблема N = 1». Если мы даже не можем договориться о различии между живыми и неживыми существами, как мы можем ожидать распознавания странных форм жизни?

Это жизнь, но не такая, как мы ее знаем

Поскольку наука не предоставила убедительных доказательств существования инопланетян, мы должны обратиться к научной фантастике, и несколько сериалов исследовали такие возможности лучше, чем Star Trek: The Next Generation .Путешествие звездолета Enterprise и «его продолжающаяся миссия по исследованию странных новых миров и поиску новой жизни и новых цивилизаций» дали нам все, от богоподобного существа Q до огромного кристаллического существа, которое преобразует живую материю в энергию (a вид обмена веществ). Возможно, наиболее интересно то, что по мере того, как исследователи приближаются к созданию искусственного интеллекта, который умнее человека, появляется Дейта — андроид, который должен был доказать человеческий разум, но не воспроизводился, пока не построил собственную дочь.Будет ли считаться живым бог, существующий вне времени, кристалл размером с космический корабль или роботизированный ИИ?

Живы ли данные из «Звездного пути: Следующее поколение»?

CBS Studios

‘Что такое жизнь?’ это не просто вопрос биологии, но философии. И ответ усложняется тем фактом, что исследователи из разных областей имеют разные мнения о том, что, по их мнению, должно быть включено в определение. Философ Эдуард Машери обсудил проблему и представил ее в виде диаграммы Венна с кругами для трех групп — биологов-эволюционистов, астробиологов и исследователей искусственной жизни — используя гипотетические особенности, на которых они сойдутся (некоторые биологи думают, что вирусы живы, в то время как другие полагают, что ячейка важна, поэтому предположение, что участники согласятся, спорно).Мачери утверждал, что никакие критерии не могут совпадать со всеми тремя кругами, заключая, что «проект определения жизни либо невозможен, либо бессмысленен».

Но в то время как философы могут обойти проблему без последствий, вывод о том, что бессмысленно определять жизнь, неудовлетворителен и разочаровывает обычных людей (а также таких, как я, которым небезразлично общественное понимание науки). Независимо от того, придут ли исследователи к консенсусу относительно научного определения, для практических целей нам по-прежнему необходимо народное определение — предложение, объясняющее концепцию жизни, понятную среднему человеку.

Жизнь может быть расплывчатым понятием, но это не значит, что ее смысл должен быть расплывчатым. Как отметил вычислительный биолог Евгений Кунин, определение жизни не является научным, потому что его невозможно опровергнуть, поскольку мы всегда можем найти сущность, которая соответствует всем критериям, но «явно» не является живой или не имеет определенных характеристик, но «очевидно» является жизнью. -форма, и поэтому «здесь задействовано какое-то интуитивное понимание живого состояния, заменяющее любое определение […] мы, кажется,« узнаем это, когда видим ».Кунин сосредоточился на том, может ли определение дать биологическое понимание (например, определение новых форм жизни), но упомянул еще одну область, в которой определение жизни может быть полезно: «лучшее преподавание основ биологии».

Так как же нам получить определение, учитывающее биологию? Отчасти это упражнение в семантике. Во-первых, в популярном определении следует избегать технического жаргона и использовать повседневный язык. Далее нам нужна отправная точка. С тех пор как Аристотель впервые попытался дать определение жизни около 350 г. до н.э., мыслители вели, казалось бы, бесконечные философские дискуссии. В 2011 году биофизик Эдвард Трифонов попытался выйти из тупика, сравнив 123 определения, чтобы прийти к консенсусу, сгруппировав слова в группы и подсчитав наиболее часто используемые. часто для получения минимального или краткого определения: Жизнь — это самовоспроизведение с вариациями .

«Вариации» в определении Трифонова — это мутанты, результат мутаций (ошибок при копировании), которые происходят во время воспроизводства, что и создает разнообразие в популяции, позволяющее «выжить наиболее приспособленным» особям посредством эволюции путем естественного отбора. Хотя в консенсусе Трифонова и в рабочем определении НАСА не используются одни и те же слова, это две стороны одной медали и разделяют центральную концепцию: жизнь способна адаптироваться к окружающей среде.

Дарвиновская эволюция — это способ адаптации жизни , как мы ее знаем .Но как насчет вещей, которые могут использовать альтернативные механизмы адаптации? Поскольку узкое определение исключает второстепенные случаи, а широкое позволит нам включить широкий спектр потенциальных форм жизни, наше популярное определение исключает включение Трифоновым понятия « самовоспроизведение » (что позволяет использовать бессмертные ИИ, которые не нуждаются в репликации) и также требование НАСА в «химической системе» (допускающей наличие организмов, не несущих гены на ДНК-подобной молекуле). «Окружающая среда» подразумевает среду обитания или экосистему, а не просто окружающую среду, что исключает робота, который настраивает свое тело, чтобы перемещаться по местности и виртуальным объектам, которые перемещаются в цифровой области.

Наконец, нам нужно слово для «вещи», которую мы описываем как живую. Ученые и философы используют слово «сущность», не осознавая того, что так же, как в словаре используется слово «организм», это, по сути, причудливый синоним «жизни» (можете ли вы придумать «сущность», которая не подразумевает какую-либо форму жизни? Эта небольшая логическая округленность может быть не идеальной, но я не могу придумать лучшего варианта. Сущность — это замкнутая вещь, что означает, что слово может работать на любом уровне — будь то отдельный организм, ИИ или все живое на планете.

Любое определение должно быть необходимым и достаточным, но важно сначала определить , для которого . Поскольку эта статья предназначена для широкой аудитории (не ученых), цель — народное определение. Так что же такое жизнь? Вот предложение:

Жизнь — это сущность, способная адаптироваться к окружающей среде.

Хотя я думаю, что мое «популярное определение» имеет интуитивный смысл, оно все же может присоединиться к сотням научных предложений, которые не нашли признания.В отличие от словарных определений, по крайней мере, это не так, но только время покажет, считают ли люди это правильным.

Новое биологическое определение жизни

Здесь мы предложили новое биологическое определение жизни, основанное на функции и воспроизводстве существующих генов и создании новых, которое применимо как к одноклеточным, так и к многоклеточным организмам. Во-первых, мы ввели новый термин «метаболизм генетической информации», включающий функционирование, воспроизводство и создание генов и их распределение среди живых и неживых носителей генетической информации.В рамках этой концепции жизнь определяется как организованная материя, обеспечивающая метаболизм генетической информации. Кроме того, мы сформулировали общую биологическую функцию жизни как биологический закон Тец: «Общая биологическая функция жизни заключается в обеспечении метаболизма генетической информации» и сформулировали новое определение жизни: «Жизнь — это организованная материя, обеспечивающая метаболизм генетической информации». Новое определение жизни и биологический закон Тец позволяют по-новому различать живые и неживые объекты на Земле и других планетах на основе обеспечения генетического информационного метаболизма.

Артикул

.

В последние несколько десятилетий наблюдается интенсивное развитие молекулярной биологии и ее проникновение в различные области биологии и медицины. В этой среде важно иметь биологический закон, который может объединить функции всех живых одноклеточных и многоклеточных организмов, а также неживых носителей генетической информации в единую систему биологического определения жизни. Формулировка такого закона, основанная на определениях жизни и общих биологических функций жизни, позволит выявить новые возможности для разработки лекарств и прогнозирования результатов генетических вмешательств.

Определение жизни важно для понимания развития и поддержания живых организмов и для ответа на вопросы о происхождении жизни. Было предложено несколько определений термина «жизнь» (1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14). Хотя многие из них весьма противоречивы, они преимущественно основаны на важных биологических свойствах живых организмов, таких как воспроизводство, метаболизм, рост, адаптация, чувствительность к стимулам, наследование генетической информации, эволюция и дарвиновский подход (1, 2, 3, 4, 5, 15).

Согласно предложению физика, лауреата Нобелевской премии Эрвина Шредингера в его влиятельном эссе Что такое жизнь? , цель жизни заключается в создании энтропии, и поэтому живые существа определены как не просто «самовоспроизводящиеся» сущности, поскольку живые клетки включают в себя нечто большее, чем просто репликацию ДНК (10). Некоторые авторы предложили определение жизни, основанное преимущественно на факте воспроизводства, например «Жизнь — это метаболизирующая материальная информационная система со способностью к самовоспроизведению с вариациями», предложенная Трифоновым (14).Это определение близко, но является гораздо более минималистичным определением жизни по сравнению с определением Маклема и Сили — замкнутой, саморегулирующейся, самоорганизующейся, самовоспроизводящейся, взаимосвязанной, открытой термодинамической сети составных частей, которая выполняет работу, существуя в комплексе. режим, сочетающий стабильность и адаптивность при фазовом переходе между порядком и хаосом, как у растений, животных, грибов или микробов »(3).

Напротив, все определения, основанные на воспроизведении, ограничены событиями, происходящими на Земле, но они должны быть применимы к другим возможным формам жизни во Вселенной (3).

Объединяя различные характеристики живых объектов, Ruiz-Mirazo et al. определили живые существа как «автономные системы с неограниченными возможностями эволюции, и что все такие системы должны иметь полупроницаемую активную границу (мембрану), устройство преобразования энергии (набор энергетических валют) и, по крайней мере, два типа функционально взаимозависимые макромолекулярные компоненты (катализаторы и рекорды) »(13).

Более того, на протяжении более 200 лет наиболее влиятельные биологи обсуждали определение и происхождение жизни без точных определений, только с феноменологическими описаниями и объяснениями (16).

Проблемы и неточности в существующих определениях «жизни» возникают из-за появления новых категорий, таких как искусственная жизнь (живая, синтетическая жизнь) и жизнь, созданная путем перепроектирования биологических компонентов, которые изучаются в области синтетической биологии. (17, 18, 19). Кроме того, определение жизни должно быть универсальным как для одноклеточных, так и для многоклеточных организмов (1, 20). Современные определения жизни соответствуют феномену жизни; но, на наш взгляд, они не отражают связь предложенной Везе трехдоменной системы архей, бактерий и эукариев в единую сеть сущности жизни и не отражают взаимодействия с неживыми объектами (21).

Здесь мы предлагаем новое определение жизни: «Жизнь — это организованная материя, обеспечивающая метаболизм генетической информации». Мы определили «метаболизм генетической информации» как процесс, ответственный за репликацию, метилирование, репарацию, мутацию, транскрипцию, рекомбинацию, выживание и их распространение как в одноклеточных, так и в многоклеточных организмах, и вовлеченный в них. На основании вышеизложенного мы сформулировали общие биологические функции жизни как биологический закон Тец «Общая биологическая функция жизни заключается в обеспечении метаболизма генетической информации».

Мы также описываем общие биологические функции жизни как биологический закон Тец, основанный на концепции пангенома (22, 23). Концепция пангенома — это коллективная генетическая система всех живых организмов, которая включает в себя органические молекулы и их комплексы (ДНК- и РНК-содержащие вирусы, плазмиды, транспозоны и инсерционные последовательности), которые участвуют в хранении и передаче генетической информации (24). , 25, 26, 27). Концепция пангенома была предложена как общая платформа, объединяющая как живые, так и неживые части природы, и фокусируется на свойствах всех объектов, несущих генетическую информацию.Предполагается, что пангеном реагирует на изменения окружающей среды в целом, независимо от любого отдельного вида, путем разработки, поддержания и распространения модифицированных генов для использования множеством организмов, включая неродственные. Основываясь на концепции Пангенома, мы разделили всех носителей генетической информации, входящих в Пангеном, на категории «живых» и «неживых». Живые носители включают все одноклеточные и многоклеточные организмы, а неживые объекты, содержащие генетическую информацию, включая вирусы, плазмиды, транспозоны и внеклеточные ДНК и РНК.Здесь мы коллективно назвали все эти неживые объекты «неживыми генетическими элементами» (NLGE).

Определение вирусов как неживых существ согласуется с определением многих авторов; однако их определения основаны на других характеристиках, таких как отсутствие клеточного метаболизма и тот факт, что вирусы не воспроизводятся сами по себе (28). По мере развития вирусов определенные характеристики живых организмов, как предполагают некоторые авторы, могут передаваться вирусам, делая их живыми организмами, учитывая, что все биологические объекты, которые активно участвуют в процессе жизни, являются живыми (29, 30).

Согласно нашему определению жизни, вирусы считаются неживыми, поскольку они не обеспечивают «метаболизма генетической информации», который отличает их от живых объектов.

Живые организмы зависят от NLGE для распределения и распространения своей генетической информации во время горизонтального переноса генов (HGT; также известный как латеральный перенос генов) (31, 32). Один из наиболее распространенных механизмов приобретения устойчивости к антибиотикам связан с HGT, реализованным с плазмидами, бактериофагами, внеклеточной ДНК и другими NLGE (33, 34).Недавние исследования также продемонстрировали перенос генов между филогенетически разными организмами, например, между эукариотическими клетками и бактериями, и наоборот (35, 36, 37). Было продемонстрировано, что бактерии даже заимствовали генетический материал из генома человека (38). Более того, было обнаружено, что некоторые бактериофаги несут эукариотические гены (39). Основная цель NLGE в поддержании живых организмов подчеркивается их глобальным распространением. Общее количество NLGE в окружающей среде во много раз превышает количество одноклеточных и многоклеточных организмов.Действительно, по оценкам, в океане содержится> 10 ³¹ фаговых частиц, взрослый человек содержит> 10 ¹⁵ бактериофагов, а морские отложения, как полагают, содержат> 0,45 гигатонн бесклеточной ДНК и внеклеточной ДНК (еДНК). ) (40, 41). эДНК и эРНК высвобождаются и присутствуют в большинстве наземных и водных средах, в бактериальных и грибковых биопленках, а также в крови животных и человека, где они играют важную роль в распределении генов и часто приобретаются другими организмами (42, 43). , 44, 45, 46).Мы полагаем, что генерация и распространение модифицированных генов происходит в клетках живых носителей, а их распространение среди микробиома происходит при активном участии NLGE. Действительно, образование новых генов возможно только у живых организмов в результате различных изменений генома. Как живые, так и неживые организмы, содержащие генетическую информацию, участвуют в распространении модифицированных генов.

В контексте концепции пангенома, как сформулировано выше, конкретные функции живых организмов должны включать следующие четыре процесса (также показаны на рисунке 1):

Рисунок 1

Живые организмы отличаются от неживых объектов своей ролью и участием в метаболизме генетической информации.

(1) Поддержка функционирования существующих генов; (2) возможность модификации существующих генов и формирование новых генов; (3) Увеличение количества копий модифицированных и новых генов; и (4) распространение модифицированных и новых генов внутри пангенома, что необходимо для его улучшения.

Функционирование существующих генов, необходимых для поддержания жизни организма, включает множество процессов, связанных с репликацией, модификацией, репарацией, транскрипцией и трансляцией.

Образование модифицированных и новых генов в пангеноме относится к образованию модифицированных и новых генов в любых одноклеточных или многоклеточных организмах.

Увеличение числа копий модифицированных или новых генов — важный процесс введения новых фенотипических признаков в микробиом. Предполагается, что модифицированные гены часто размножаются, в то время как новые гены имеют высокую скорость исчезновения, что объясняет, почему общее количество генов в пангеноме остается относительно постоянным (47).

Однако было продемонстрировано, что новые гены иногда могут сохраняться и размножаться, что увеличивает вероятность их широкого распространения в Пангеноме (48).

Увеличение числа копий модифицированных и новых генов происходит в результате клеточного деления и амплификации генов как в структуре клеточного генома, так и опосредовано NLGE. После захвата гена во время интегративной инфекции NLGE могут размножать его через свои последующие циклы геномной репликации.

Четвертый процесс живых организмов, как описано выше, — это распределение модифицированных или новых генов среди других организмов и / или NLGE. Распространение генов включает их передачу различным родственным и неродственным эукариотическим и прокариотическим организмам, в том числе географически удаленным и расположенным в различных экологических нишах. Существуют различные методы переноса генов, такие как миграция животных, распространение растений и семян, поток воды и воздуха.Гены могут транспортироваться внутри генома живых организмов или в виде молекул ДНК и РНК внутри NLGE. Среди методов передачи генов между организмами пищевые цепи играют жизненно важную роль, способствуя прямому контакту между макробиотой и микробиотой в роли хищника и жертвы. Имеющиеся данные предполагают, что микробиота может не только посылать гены другим микроорганизмам и получать гены от них, но также может приобретать гены своего хозяина и другую микробиоту, потребляемую хозяином в качестве пищи.

Возможно, что гены могут распространяться между многоклеточными организмами посредством их распределения среди одноклеточной микробиоты одного многоклеточного хозяина с последующим переносом генов в микробиоту второго хозяина, а затем и самому второму хозяину.Известно, что горизонтальный перенос генов сыграл важную роль в эволюции геномов прокариот и эукариот (49). Считается, что большая часть, но не все, функционально значимого HGT для эукариот опосредуется бактериями, отчасти случайно, но, вероятно, также потому, что бактерии обладают большим метаболическим разнообразием (50, 51).

В этом случае поведение поедания экскрементов, широко распространенное среди животных, можно рассматривать как быстрый способ распространения генетической информации среди микробиот генетически связанных и неродственных многоклеточных организмов.Существование такого пути HGT доказано данными, демонстрирующими передачу генов в разных направлениях между грибами, бактериями, клетками животных и клетками человека, что играет важную роль в повышении изменчивости и адаптации (50, 52, 53, 54, 55, 56) Транспортировка генов непосредственно в клетки происходит путем трансформации, трансдукции и конъюгации (57).

Как указано выше, метаболизм генетической информации включает репликацию генетической информации, модификацию функций генов путем метилирования, репарацию ДНК и РНК, изменение ДНК путем мутации и рекомбинации, транскрипцию, сохранение ДНК в живых объектах и ​​NLGE и распространение ДНК и РНК путем трансформации, трансдукции, конъюгации, секреции типа 6 и мембранных везикул (58, 59, 60, 61).Мы предполагаем, что с помощью этого определения живые организмы можно отличить от неживых объектов (в том числе несущих генетическую информацию) по их роли и участию во всех процессах метаболизма генетической информации. Живые организмы отличаются от неживых носителей генетической информации тем, что они участвуют во всех процессах метаболизма генетической информации, тогда как NLGE участвуют только в рекомбинации, мутации и распространении генетического материала (35, 54, 61, 62, 63, 64) .

Следовательно, общая биологическая функция идентична как для одноклеточных, так и для многоклеточных организмов и связывает живые организмы с NLGE, которые необходимы для определенных стадий метаболизма генетической информации. Такое определение общих биологических функций жизни позволит переоценить традиционные подходы перекрестного взаимодействия живых объектов с неживыми генетическими элементами.

Выводы

Здесь новое определение жизни и биологический закон Тец рассматривались как часть первой теоретической основы, которая объединяет функции всех живых одноклеточных и многоклеточных организмов, а также неживых носителей генетической информации в единую систему. на основе «генетического информационного метаболизма».”

Мы предполагаем, что «генетический информационный метаболизм» может также отражать цель существования жизни с биологической точки зрения. Процессы, которые являются частью генетического информационного метаболизма, перекрываются и являются ключевыми биологическими событиями, которые объединяют многие четко установленные цели жизни как у одноклеточных, так и у многоклеточных организмов, предложенные разными авторами, такие как сохранение жизни, размножение, воспроизводство генов и эволюция ( включая эволюцию генома) (65).

Следует отметить, что NLGE не классифицируются как живые организмы никаким существующим определением, и они часто не рассматриваются должным образом в рамках теорий и моделей биологии, эволюционной науки и других наук о жизни.В то же время, согласно биологическому закону Тец, очевидно, что NLGE играют важную роль в поддержании жизни в Пангеноме, участвуя в реализации общих биологических функций жизни, включая распределение вновь созданных генетических элементов между различными организмами. .

В заключение, предлагаемое определение жизни отражает феномен жизни, основанный на ее полноте генетического информационного метаболизма. Хотя, с одной стороны, определение проводит четкое различие между живыми существами и неодушевленными объектами, с другой стороны, оно включает их в связанную сеть на основе их роли в генетической информации.

Список литературы

1 Ходасевич К. Эволюция, воспроизводство и определение жизни. Теория в биологических науках. 2013; 133: 39-45. Ищите в Google Scholar

2 Кошланд-младший. Специальное эссе: Семь столпов жизни. Наука. 2002; 295: 2215-2216. Поиск в Google Scholar

3 Маклем П.Т., Сили А. К определению жизни. Перспективы биологии и медицины. 2010; 53: 330-340. Искать в Google Scholar

4 Тирар С., Моранж М., Ласкано А. Определение жизни: краткая история неуловимого научного начинания.Астробиология. 2010; 10: 1003-1009. Искать в Google Scholar

5 Нойман Ю. Определение жизни и жизнь определения. Журнал биомолекулярной структуры и динамики. 2012; 29: 643-646. Искать в Google Scholar

6 Сатмари Э., Смит Дж. Основные эволюционные переходы. Природа. 1995; 374: 227-232. Искать в Google Scholar

7 Muller HJ. Генный материал как инициатор и организующая основа жизни. Американский натуралист. 1966; 100: 493-517. Искать в Google Scholar

8 Korzeniewski B.Кибернетическая формулировка определения жизни. Журнал теоретической биологии. 2001; 209: 275-286. Искать в Google Scholar

9 Weber BH. Что такое жизнь? Определение жизни в контексте возникающей сложности. Orig Life Evol Biosph. 2001; 40: 221-229. Искать в Google Scholar

10 Шредингер Э. Что такое жизнь? Физический аспект живой клетки. Американский натуралист 1945; 79: 554-555. Искать в Google Scholar

11 Дэвис П. Демон в машине. Как скрытые сети информации наконец раскрывают тайну жизни.Лондон: Аллен-Лейн 2019 :. Поиск в Google Scholar

12 Фортерре П. Быть или не быть живым: как недавние открытия бросают вызов традиционным определениям вирусов и жизни. Исследования по истории и философии науки Часть C: Исследования по истории и философии биологических и биомедицинских наук 2016; 59: 100-108. Поиск в Google Scholar

13 Руис-Мирасо К., Перето Дж., Морено А. Универсальное определение жизни: автономия и открытая эволюция. Истоки жизни и эволюция биосферы 2004; 34: 323-346.Искать в Google Scholar

14 Трифонов Е. Словарь определений жизни подсказывает определение. Журнал биомолекулярной структуры и динамики 2011; 29: 259-266. Искать в Google Scholar

15 Bedau M, Church G, Rasmussen S, Caplan A, Benner S, Fussenegger M, et al. Жизнь после синтетической клетки. Природа. 2010; 465: 422-424. Искать в Google Scholar

16 Тирар С. Происхождение жизни и определение жизни, от Буффона до Опарина. Истоки жизни и эволюция биосфер 2010; 40: 215-220.Искать в Google Scholar

17 Витце А. Свет в темноте: Фабрика жизни: биологи-синтетики заново изобретают природу с помощью частей, цепей. Новости науки. 2013; 183: 22-28. Искать в Google Scholar

18 Беду М.А., Маккаскилл Дж.С., Паккард Н.Х., Расмуссен С., Адами С., Грин Д.Г. и др. Открытые проблемы в искусственной жизни. Искусственная жизнь. 2000; 6: 363-376. Искать в Google Scholar

19 Farmer JD. Белин А. Искусственная жизнь: грядущая эволюция. См. Langton et al. 1992, 815-840. Искать в Google Scholar

20 Dupré J, O’Malley MA.Разновидности живых существ: жизнь на пересечении родословной и метаболизма. Философия и теория в биологии. 2009: 1. Искать в Google Scholar

21 Woese CR, Fox GE. Филогенетическая структура прокариотического домена: первичные царства. Труды Национальной академии наук. 1977; 74: 5088-5090. Искать в Google Scholar

22 Тец Г., Тец В. Теория и закон долголетия Тец. Теория в биологических науках. 2018: 1-10. Искать в Google Scholar

23 Tetz VV. Концепция пангенома: объединяющий взгляд на генетическую информацию.Med Sci Monit. 2005; 11: HY24-29 Поиск в Google Scholar

24 Andersson JO. Боковой перенос генов у эукариот. CMLS. 2005; 62: 1182-1197. Искать в Google Scholar

25 Бото Л. Горизонтальный перенос генов в эволюции: факты и проблемы. Proc R Soc Lond B Biol Sci. 2010; 277: 819-827. Искать в Google Scholar

26 Робинсон К.М., Зибер КБ, Hotopp JCD. Обзор латерального переноса генов между бактериями и животными может дать нам представление о таких заболеваниях, как рак. PLoS Genet, 2013; 9: e1003877.Искать в Google Scholar

27 Юэ Дж. Ху X, Сунь Х, Ян Й, Хуанг Дж. Широкое влияние горизонтального переноса генов на колонизацию земель растениями. Nat Commun. 2012; 3: 1152. Искать в Google Scholar

28 Морейра Д., Лопес-Гарсия П. Десять причин исключить вирусы из древа жизни. Обзоры природы микробиологии. 2009; 7 (4): 306. Искать в Google Scholar

29 Фортерре П. Быть или не быть живым: как недавние открытия бросают вызов традиционным определениям вирусов и жизни.Исследования по истории и философии науки Часть C: Исследования по истории и философии биологических и биомедицинских наук 2016; 59: 100-108. Искать в Google Scholar

30 Hegde N, Maddur M, Kaveri S, Bayry J. Причины включения вирусов в древо жизни. Nature Reviews Microbiology 2009; 7: 615-615. Искать в Google Scholar

31 Dröge M, Pühler A, Selbitschka W. Горизонтальный перенос генов как проблема биобезопасности: природное явление, вызывающее обеспокоенность общественности. Журнал биотехнологии 1998; 64: 75-90.Искать в Google Scholar

32 Canchaya C, Fournous G, Chibani-Chennoufi S, Dillmann ML, Brüssow H. Фаги как агенты латерального переноса генов. Современное мнение в микробиологии. 2003; 6: 417-424. Искать в Google Scholar

33 Normark BH, Normark S. Эволюция и распространение устойчивости к антибиотикам. Журнал внутренней медицины. 2002; 252: 91-106. Искать в Google Scholar

34 Gay PB, Gillespie S.H. Маркеры устойчивости к антибиотикам в генетически модифицированных растениях: риск для здоровья человека? Ланцет инфекционных болезней.2005; 5: 637-646. Искать в Google Scholar

35 Лакруа Б., Цитовски В. Перенос ДНК от бактерий к эукариотам. MBio. 2016; 7: e00863-16. Искать в Google Scholar

36 Gay PB, Gillespie SH. Маркеры устойчивости к антибиотикам в генетически модифицированных растениях: риск для здоровья человека? Ланцет инфекционных болезней. 2005; 5: 637-646. Искать в Google Scholar

37 Hotopp JCD, Clark ME, Oliveira DC, Foster JM, Fischer P, Torres MCM, et al. Широко распространенный латеральный перенос генов от внутриклеточных бактерий к многоклеточным эукариотам.Наука. 2007; 317: 1753-1756. Искать в Google Scholar

38 Salzberg SL, White O, Peterson J, Eisen JA. Микробные гены в геноме человека: латеральный перенос или потеря гена? Наука. 2001; 292: 1903–1906. Искать в Google Scholar

39 Anderson MT, Seifert HS. Возможность и средства: горизонтальный перенос гена от человека-хозяина к бактериальному патогену. МБио, 2011; 2: e00005-11. Искать в Google Scholar

40 Bordenstein SR, Bordenstein SR. Модуль ассоциации эукариот в геномах фага WO из Wolbachia.Связь природы. 2016; 7. Искать в Google Scholar

41 Dell’Anno A, Danovaro R. Внеклеточная ДНК играет ключевую роль в функционировании глубоководных экосистем. Наука, 2005; 309: 2179-2179. Искать в Google Scholar

42 Tetz G, Tetz V. Инфекции микробиоты бактериофагами могут привести к повышенной кишечной проницаемости на экспериментальной модели грызунов. Патогены кишечника. 2016; 8:33. Искать в Google Scholar

43 Butt AN, Swaminathan R. Обзор циркулирующих нуклеиновых кислот в плазме / сыворотке. Летопись Нью-Йоркской академии наук.2008; 1137: 236-242. Искать в Google Scholar

44 Mao D, Luo Y, Mathieu J, Wang Q, Feng L, Mu Q, et al. Сохранение внеклеточной ДНК в речных отложениях способствует распространению гена устойчивости к антибиотикам. Наука об окружающей среде и технологии. 2013; 48: 71-78. Искать в Google Scholar

45 Steinberger RE, Holden PA. Внеклеточная ДНК в одно- и многовидовых ненасыщенных биопленках. Прикладная и экологическая микробиология, 2005; 71: 5404-5410. Искать в Google Scholar

46 Тец Г.В., Артеменко Н.К., Тец В.В.Влияние ДНКазы и антибиотиков на характеристики биопленок. Противомикробные средства и химиотерапия. 2009; 53: 1204-1209. Искать в Google Scholar

47 Шлоттерер К. Гены с нуля — эволюционная судьба генов de novo. TIG. 2015; 31: 215-219. Искать в Google Scholar

48 Presgraves DC. Эволюционная геномика: новые гены для новых рабочих мест. Cur Biol. 2005: 15, R52-R53. Искать в Google Scholar

49 Keeling PJ, Palmer JD. Горизонтальный перенос генов в эволюции эукариот.Nat Rev Genet. 2008; 9: 605-618. Искать в Google Scholar

50 Gamieldien J, Ptitsyn A, Hide W. Эукариотические гены Mycobacterium tuberculosis могут играть роль в патогенезе и иммуномодуляции. TIG; 2002: 18, 5-8. Искать в Google Scholar

51 Keeling PJ. Функциональные и экологические последствия горизонтального переноса генов у эукариот. Curr Opin Genetics Dev. 2009; 19: 613-619. Искать в Google Scholar

52 Acuña R, Padilla BE, Flórez-Ramos CP, Rubio JD, Herrera JC, Benavides P, et al.Адаптивный горизонтальный перенос бактериального гена инвазивным насекомым-вредителям кофе. PNAS. 2012: 109,4197-4202. Искать в Google Scholar

53 Бото Л. Горизонтальный перенос генов в приобретении новых признаков многоклеточными животными. В Proc. R. Soc. Б. 2014; 1777: 2450. Искать в Google Scholar

54 Rogers MB, Watkins RF, Harper JT, Durnford DG, Gray MW, Keeling PJ. Сложное и точечное распределение трех эукариотических генов, полученных в результате латерального переноса генов. BMC Evolutionary Biology.2007; 7: 1. Искать в Google Scholar

55 Waters V. Конъюгация между бактериальными клетками и клетками млекопитающих. Генетика природы. 2001; 29: 375-376. Искать в Google Scholar

56 Wenzl P, Wong L, Kwang-won K, Jefferson RA. Функциональный скрининг выявляет боковой перенос β-глюкуронидазы (gus) от бактерий к грибам. Mol Biol Evol. 2005; 22: 308-316. Искать в Google Scholar

57 О’Коннелл М. Генетический перенос в прокариотах: трансформация, трансдукция и конъюгация. В: Пулер А., Тиммис К., редакторы.Развитие молекулярной генетики. Springer Verlag, Берлин, Германия. 1984; стр. 2-13. Искать в Google Scholar

58 Christie PJ, Vogel JP. Секреция бактерий типа IV: системы конъюгации, адаптированные для доставки эффекторных молекул в клетки-хозяева. Тенденции микробиологии. 2000; 8: 354-360. Искать в Google Scholar

59 Ochman H, Lawrence JG, Groisman EA. Боковой перенос генов и природа бактериальных инноваций. Природа. 2000; 405: 299. Искать в Google Scholar

60 Renelli M, Matias V, Lo RY, Beveridge TJ.ДНК-содержащие мембранные везикулы Pseudomonas aeruginosa PAO1 и их потенциал генетической трансформации. Микробиология. 2004; 150: 2161-2169. Искать в Google Scholar

61 Canchaya C, Proux C, Fournous G, Bruttin A, Brüssow H. Prophage genomics. Обзоры микробиологии и молекулярной биологии. 2003; 67 (2): 238-276. Искать в Google Scholar

62 Лоренц М.Г., Вакернагель В. Бактериальный перенос генов путем естественной генетической трансформации в окружающей среде. Микробиологические обзоры. 1994: 58, 563-602.Искать в Google Scholar

63 Нильсен К.М., Йонсен П.Дж., Бенсассон Д., Даффончио Д. Высвобождение и сохранение внеклеточной ДНК в окружающей среде. Исследования экологической биобезопасности. 2007; 6: 37-53. Искать в Google Scholar

64 Harrison E, Brockhurst MA. Горизонтальный перенос генов, опосредованный плазмидами, представляет собой коэволюционный процесс. Тенденции микробиологии. 2012; 20: 262-267. Искать в Google Scholar

65 Докинз Р. Эгоистичный ген. Оксфорд, Англия: Издательство Оксфордского университета; 1976; Этика, ориентированная на жизнь, и будущее человека в космосе.Искать в Google Scholar

Поступила: 17.08.2019

Принято: 2019-11-22

Опубликовано в сети: 13.01.2020

© 2019 Виктор В. Тец, Джордж В. Тец, опубликовано De Gruyter

Это произведение находится под международной лицензией Creative Commons Attribution 4.0.

BBC — Земля — ​​Существует более 100 определений слова «жизнь», и все они неверны

Большинству из нас, вероятно, не нужно слишком много думать, чтобы отличить живое от «неживого».Человек жив; рок нет. Легко!

Ученые и философы не видят вещей так ясно. Они тысячелетиями размышляли о том, что делает что-то живым. Великие умы от Аристотеля до Карла Сагана задумались над этим, но до сих пор не придумали определения, которое бы понравилось всем. В самом буквальном смысле у нас еще нет «смысла» жизни.

Во всяком случае, проблема определения жизни стала еще более сложной за последние 100 лет или около того.До 19 века преобладала идея о том, что жизнь особенная благодаря наличию неосязаемой души или «жизненной искры». Эта идея сейчас потеряла популярность в научных кругах. С тех пор на смену ему пришли более научные подходы. НАСА, например, описало жизнь как «самоподдерживающуюся химическую систему, способную к дарвиновской эволюции».

Но НАСА — лишь одна из многих попыток описать всю жизнь простым описанием. Фактически, было предложено более 100 определений жизни, большинство из которых сосредоточено на нескольких ключевых атрибутах, таких как репликация и метаболизм.

Что еще хуже, разные ученые имеют разные представления о том, что действительно необходимо для определения чего-либо как живого. В то время как химик может сказать, что жизнь сводится к определенным молекулам, физик может захотеть обсудить термодинамику.

Чтобы лучше понять, почему жизнь так сложно определить, давайте познакомимся с некоторыми из ученых, которые работают над тем, что отделяет живые существа от всего остального.

Вирусологи: исследуя серую зону на краю жизни, какой мы ее знаем

Встречали ли вы миссис Грен в школе? Эта удобная мнемоника позволяет детям запомнить семь процессов, которые якобы определяют жизнь: движение, дыхание, чувствительность, рост, размножение, выделение и питание.

Было предложено более 100 определений жизни

Хотя это полезная отправная точка для определения жизни, она не является окончательной. Есть много вещей, которые мы традиционно не относили бы к жизни, которые могут поставить галочку в этих клетках. Согласно MRS GREN, некоторые кристаллы, инфекционные белки, называемые прионами, и даже определенные компьютерные программы являются «живыми».

Классический пограничный случай — вирусы. «Это не клетки, у них нет метаболизма, и они инертны, пока не сталкиваются с клеткой, поэтому многие люди (включая многих ученых) считают, что вирусы не живы», — говорит Патрик Фортер, микробиолог из Пастера. Институт в Париже, Франция.

Со своей стороны Фортерре считает, что вирусы живы, но признает, что решение действительно зависит от того, где вы решите установить точку отсечения.

В то время как вирусам не хватает практически всего, что, по нашему мнению, необходимо для членства в клубе жизни, они обладают информацией, закодированной в ДНК или РНК. Этот план жизни, доступный каждому живому существу на планете, означает, что вирусы могут развиваться и воспроизводиться, хотя и только путем захвата механизмов живых клеток.

Сам факт, что вирусы — как и все живое в том виде, в каком мы их знаем, — несут ДНК или РНК, заставил некоторых предположить, что вирусы должны принадлежать к нашему древу жизни.Другие даже утверждали, что вирусы служат ключом к пониманию того, как зародилась жизнь. Если это так, жизнь начинает меньше походить на черно-белую сущность, а больше на туманную величину с запутанными не совсем живыми, не совсем мертвыми границами.

Некоторые ученые подхватили эту идею. Они характеризуют вирусы как существующие «на границе между химией и жизнью». И здесь возникает интересный вопрос: когда химия становится чем-то большим, чем просто суммой своих частей?

Химики: исследуя рецепт жизни

«Жизнь, как мы ее знаем, основана на углеродных полимерах», — говорит Джеффри Бада из Института океанографии Скриппса в Сан-Диего, Калифорния.Из этих полимеров, а именно нуклеиновых кислот (строительных блоков ДНК), белков и полисахаридов, строится практически все разнообразие жизни.

Бада был учеником Стэнли Миллера, половины дуэта, стоявшего за экспериментом Миллера-Юри в 1950-х годах — одним из первых экспериментов по исследованию идеи о том, что жизнь возникла из неживых химических веществ. С тех пор он вернулся к этому знаменитому эксперименту, демонстрируя, что еще больший диапазон биологически значимых молекул образуется, когда электричество проходит через смесь химических веществ, которые, как считается, существовали на исконной Земле.

Для жизни, какой мы ее знаем, может потребоваться ДНК или РНК, но как насчет жизни, если мы ее не знаем?

Но эти химические вещества не живые. Мы оказываем им такую ​​честь только тогда, когда они начинают делать определенные интересные вещи, например, убивать друг друга. Итак, что нужно для того, чтобы химические вещества совершили скачок и ожили? Ответ Бады удивителен.

«Несовершенная репликация информационных молекул ознаменовала бы происхождение жизни и эволюции и, таким образом, переход от неживой химии к биохимии», — говорит Бада.Начало репликации, а особенно репликации, которая включает в себя ошибки, приводит к созданию «потомства» с разными уровнями способностей. Затем эти молекулярные потомки могут соревноваться друг с другом за выживание.

«Это в основном дарвиновская эволюция в молекулярном масштабе», — говорит Бада.

Таким образом, для многих химиков именно репликация — процесс, который вирусы могут выполнять только при помощи биологических клеток, — действительно помогает определить жизнь. Тот факт, что информационные молекулы — ДНК и РНК — способствуют репликации, предполагает, что они также являются важной чертой жизни.

Но характеристика жизни с помощью этих конкретных химических веществ не позволяет охватить более широкую картину. Для жизни, какой мы ее знаем, может потребоваться ДНК или РНК, но как насчет жизни, если мы ее не знаем?

Астробиологи: охота на странных пришельцев

Угадать природу инопланетной жизни — непростое дело. Многие исследователи, в том числе Чарльз Кокелл и его коллеги из Британского центра астробиологии при Эдинбургском университете, используют микроорганизмы, способные выживать в экстремальных условиях, в качестве заместителей внеземной жизни.Они считают, что жизнь в других местах может обитать в совершенно иных условиях, но, вероятно, по-прежнему сохраняет ключевые характеристики жизни в том виде, в каком мы ее распознали бы на Земле.

Саган назвал углеродоцентричный взгляд на инопланетную жизнь «углеродным шовинизмом».

«[Но] мы должны не упускать возможность найти что-то, что выходит за рамки этого определения», — говорит Кокелл.

Даже попытки использовать наши знания о земной жизни, чтобы попытаться обнаружить инопланетян, могут дать запутанные результаты.НАСА, например, считало, что у них есть хорошее рабочее определение жизни в 1976 году, когда космический корабль «Викинг-1» совершил успешную посадку на Марс, оборудованный тремя испытаниями на жизнь. Одно испытание, в частности, показало, что на Марсе есть жизнь: уровни углекислого газа в марсианской почве были высокими, что позволяет предположить, что на поверхности Красной планеты живут и дышат микробы.

Фактически, выброс углекислого газа, который наблюдатели видели, теперь почти повсеместно приписывают гораздо менее захватывающим явлениям небиологических окислительных химических реакций.

Астробиологи учатся на этом опыте и сужают критерии, которые они используют для поиска инопланетян, но пока этот поиск остается безуспешным.

Создание искусственной жизни сейчас является полноценной областью науки

Возможно, астробиологам не следует слишком сильно сужать критерии поиска. Саган назвал углеродоцентричный взгляд на инопланетную жизнь «углеродным шовинизмом», предполагая, что такая точка зрения может сдерживать поиск инопланетян.

«Люди предположили, что инопланетяне могут быть на основе кремния или других растворителей [кроме воды]», — говорит Кокелл. «Были даже дискуссии о внеземных разумных облачных организмах».

В 2010 году открытие бактерий с ДНК, содержащей мышьяк вместо стандартного фосфора, взволновало многих астробиологов. Хотя эти результаты были с тех пор подвергнуты сомнению, многие все еще надеются на демонстрацию жизни, которая не следует общепринятым правилам.Между тем, некоторые ученые работают над формами жизни, которые вообще не основаны на химии.

Технологи: создание искусственной жизни

Когда-то считавшаяся прерогативой научной фантастики, создание искусственной жизни теперь является полноценной отраслью науки.

Он пытается получить очень широкое представление о том, что такое жизнь.

На одном уровне искусственная жизнь может вовлекать биологов в создание новых организмов в лабораториях путем сшивания частей двух или более существующих форм жизни.Но это также может быть немного более абстрактным.

С 1990-х годов, когда появилось компьютерное программное обеспечение Томаса Рея Tierra, демонстрирующее синтез и эволюцию цифровых «форм жизни», исследователи пытались создать компьютерные программы, которые действительно имитируют жизнь. Есть даже команды, которые начинают изучать создание роботов с естественными чертами.

«Основная идея состоит в том, чтобы попытаться понять основные свойства всех живых систем, а не только живых систем, которые случайно встречаются на Земле», — говорит эксперт по искусственной жизни Марк Бедо из Рид-колледжа в Портленде, штат Орегон.«Он пытается получить очень широкий взгляд на то, что такое жизнь, тогда как биология фокусируется на реальных формах, с которыми мы знакомы».

Тем не менее, многие исследователи искусственной жизни используют то, что мы знаем о жизни на Земле, для обоснования своих исследований. Бедо говорит, что исследователи используют то, что он называет «моделью PMC» — программа (например, ДНК), метаболизм и контейнер (например, клеточная стенка). «Важно отметить, что это не определение жизни в целом, а просто определение минимальной химической жизни», — объясняет он.

Может быть, то, что мы считаем существенным, действительно характерно только для жизни на Земле

Задача исследователей искусственной жизни, работающих с нехимическими формами жизни, — создать программные или аппаратные версии этих компонентов PMC.

«По сути, я не думаю, что существует четкое определение [жизни], но нам нужно к чему-то стремиться», — говорит Стин Расмуссен, который работает над созданием искусственной жизни в Университете Южной Дании в Оденсе.Команды со всего мира работали над отдельными компонентами модели PMC, создавая системы, демонстрирующие тот или иной ее аспект. Однако до сих пор никто не собрал их все вместе в функционирующую синтетическую форму жизни.

«Это восходящий процесс, построение его по частям», — объясняет он.

Исследования искусственной жизни могут в конечном итоге работать в более широком масштабе, создавая жизнь, полностью чуждую нашим ожиданиям. Такое исследование могло бы помочь переопределить то, что мы понимаем под жизнью.Но исследователи еще не достигли этой стадии, говорит Бедо. «Им не нужно беспокоиться об определении всех форм жизни; возможно, они будут говорить об этом за пивом, но им не нужно включать это в свою работу», — говорит он.

Философы: пытаются разгадать загадку жизни

Итак, если даже те, кто ищет — и строит — новую жизнь еще не озабочены универсальным определением, должны ли ученые перестать беспокоиться о попытках его придумать? Так считает Кэрол Клеланд, философ из Колорадского университета в Боулдере.По крайней мере, пока.

Человек склонен определять привычное. Но фундаментальные истины могут быть вам незнакомы.

«Если вы пытаетесь обобщить информацию о млекопитающих, использующих зебру, какую функцию вы выберете?» она спрашивает. «Конечно, не их молочные железы, потому что они есть только у половины из них. Их полосы кажутся очевидным выбором, но это просто случайность. Не они делают зебр млекопитающих».

И то же самое с жизнью. Может быть, то, что мы считаем важным, на самом деле свойственно жизни на Земле.В конце концов, все, от бактерий до львов, произошло от одного общего предка, а это означает, что на нашей карте жизни во Вселенной у нас действительно есть только одна точка данных.

По словам Сагана: «Человек имеет тенденцию определять в терминах знакомого. Но основные истины могут быть незнакомы».

До тех пор, пока мы не обнаружим и не изучим альтернативные формы жизни, мы не сможем узнать, действительно ли свойства, которые, по нашему мнению, необходимы для жизни, универсальны. Создание искусственной жизни может предложить способ исследования альтернативных форм жизни, но, по крайней мере, в краткосрочной перспективе легко представить, как на любую форму жизни, придуманную внутри компьютера, повлияют наши предубеждения о живых системах.

Определение может фактически помешать поиску новой жизни.

Чтобы правильно определить жизнь, нам может потребоваться найти инопланетян.

Ирония заключается в том, что попытки дать определение жизни до того, как мы обнаружим этих инопланетян, на самом деле могут затруднить их поиск. Какая трагедия будет, если в 2020-х годах новый марсианский марсоход пролетит мимо марсианина просто потому, что он не распознает его как живого.

«Это определение действительно может помешать поиску новой жизни», — говорит Клеланд.«Нам нужно уйти от нашей нынешней концепции, чтобы мы были открыты для открытия жизни такой, какой мы ее не знаем».

Присоединяйтесь к более чем шести миллионам поклонников BBC Earth, поставив нам лайк на Facebook или подписавшись на нас в Twitter и Instagram.

Если вам понравился этот рассказ, подпишитесь на еженедельную рассылку новостей bbc.com под названием «Если вы прочитаете только 6 статей на этой неделе». Тщательно подобранная подборка историй из BBC Future, Earth, Culture, Capital, Travel и Autos, которые доставляются вам на почту каждую пятницу.

Что такое жизнь? | Биологические принципы

«Самоподдерживающаяся химическая система, способная к дарвиновской эволюции». — Определение жизни НАСА

Цели обучения

1. Определите общие черты жизни на Земле
2. Отличить живые организмы от неживых существ
3. Объясните эволюцию как возникающее свойство жизни
4. Назовите 3 области жизни

Жизнь на Земле

Мы хорошо знакомы с жизнью вокруг нас, потому что мы видели их и взаимодействовали с ними всю свою жизнь.Но некоторые формы жизни оставались нераспознанными на протяжении большей части истории человечества, потому что их было невозможно увидеть, пока не были изобретены микроскопы. Другие живые организмы может быть трудно распознать, даже если их увидеть, как на этом рисунке ниже.

Литопсы — это род суккулентных растений (например, кактусов), произрастающих в пустынях Южной Африки. Литопы часто называют «живыми камнями», потому что они выглядят как окружающие камни, отличный камуфляж для восхитительного пустынного растения. Изображение с сайта https: // harrywoolner.wordpress.com/plants/lithops/

Так как же нам отличить жизнь от неживой? Какие атрибуты присущи всем живым организмам на Земле? Какие из этих атрибутов отсутствуют у неживых организмов и характерны только для живых организмов?
Как насчет возможности жизни на других планетах, помимо жизни на Земле, с окружающей средой, совершенно непохожей на нашу планету? Предположим, что мы запускаем исследовательскую миссию на Марс или Европу (ссылка на статью о миссии НАСА на Европу, спутник Юпитера с доказательствами наличия соленых морей и гидротермальных жерл под слоем льда) и можем отправить лабораторный модуль, оснащенный любым типом аналитических инструментов, о которых вы можете подумать.Как бы вы искали доказательства существования жизни на Марсе или Европе?
Если мы посмотрим на фундаментальные свойства жизни, каковы могут быть некоторые эмерджентные свойства жизни?
Эти вопросы (свойства жизни) составляют основные темы этого курса: Введение в биологические принципы.
Существует пять общепринятых критериев жизни:

1. Потребность в энергии
2. Организация в мембраносвязанных клетках
3. Генетическая информация
4. Возможность репликации
5. Изменение во времени — рост и реакция на стимулы

Эволюция как возникающее свойство жизни

Ключевой частью любого определения жизни является то, что живые организмы размножаются.Теперь добавим пару наблюдений:

• Процесс воспроизведения хотя и в основном точен, но несовершенен. Когда клетки делятся, они должны реплицировать свою ДНК. Хотя репликация ДНК очень точна, она все же делает примерно 1 ошибку на 10 миллионов нуклеотидов. Через несколько поколений популяция будет содержать множество наследственных вариаций.
• Популяция данного типа организмов будет иметь тенденцию к экспоненциальному росту, но достигнет предела, когда особи будут соревноваться друг с другом за ограничивающий ресурс (пища, пространство, товарищей, солнечный свет и т. Д.))

Предположим, некоторые наследственные вариации (скорость, сила, более острые когти, более крупные зубы) делают некоторых людей более конкурентоспособными за ограниченный ресурс — что произойдет?
Особи с превосходными вариантами приобретут больше ресурсов и будут иметь больше потомства. Если высшие варианты наследуются, то их потомство будет иметь такие же высшие варианты. Таким образом, через поколения все большая и большая часть населения будет состоять из особей с превосходящими наследственными вариантами.Это форма биологической эволюции посредством естественного отбора.
Определение: Биологическая эволюция — это изменение наследственных характеристик популяции. Говоря техническим языком, эволюция определяется как изменение генофонда популяции, измеряемое как изменение частот генетических вариантов (аллелей) в популяции.
Предположим, что существует наследственная изменчивость в популяции, и наследственная изменчивость влияет на выживание и воспроизводство отдельных организмов.Если эти условия существуют, а они существуют для всех естественных популяций живых организмов, эволюция должна происходить. Жизнь развивается!
Чарльз Дарвин назвал этот процесс естественным отбором . Он и Альфред Уоллес были первыми, кто предположил, что эволюция путем естественного отбора может объяснить происхождение всех множеств видов на Земле и то, как они выглядят настолько хорошо адаптированными по форме и функциям к своей конкретной среде. Более того, Дарвин предположил, что вся жизнь на Земле произошла от общего предка в результате медленного, постепенного накопления наследственных (генетических) изменений.
Поскольку определение эволюции — это изменение наследственных характеристик популяции, эволюция может происходить другими способами, кроме естественного отбора. Эволюция также может происходить посредством случайных процессов, особенно в небольших популяциях, где частота некоторых наследуемых признаков может случайно повыситься или понизиться. Мы обсудим эти механизмы эволюции на будущих занятиях.

Три области жизни

сравнений последовательностей ДНК, а также структурных и биохимических сравнений последовательно делят все живые организмы на 3 основных домена: бактерии, археи и эукариоты.И бактерии, и археи являются прокариотами, одноклеточными микроорганизмами без ядер, а к эукариотам относятся мы и все другие животные, растения, грибы и одноклеточные простейшие — все организмы, клетки которых имеют ядра, в которых заключена их ДНК, помимо остальной части тела. клетка. Летопись окаменелостей указывает на то, что первыми живыми организмами были прокариоты (бактерии и археи), а миллиард лет спустя возникли эукариоты.

Древо жизни, показывающее три области жизни. Изображение предоставлено: Музей палеонтологии Калифорнийского университета (https: // evolution.14) бактерии, в основном в кишечнике (Американское общество микробиологии, FAQ по микробиому человека). У нас также есть археи, в первую очередь метаногены (ответственные за метеоризм!), Хотя они, по-видимому, составляют менее 1% нашей кишечной микрофлоры (Lurie-Weinberger MN, Gophna U, 2015).

А как насчет вирусов?

Учитывая их влияние на живые существа, вы, вероятно, задаетесь вопросом, где вирусы вписываются в эту организационную систему. Они живы? Вирусы не состоят из клеток и не могут воспроизводиться сами по себе, а скорее должны «захватить» клетку для репликации.Большинство биологов не теряют много сна из-за споров о том, классифицируются ли вирусы как живые. Вместо этого мы думаем о том, как вирусы действуют в мире. Вирусы действуют как облигатные клеточные паразиты. Это означает, что они могут выживать, воспроизводиться и создавать новые варианты, когда они живут внутри и причиняют вред другому организму.
Как долго вирусы могут существовать вне хозяина? В обзоре инфекций, возникающих в больницах, Крамер и др. (2006) обнаружили, что респираторные вирусы, включая вирусы гриппа, короны и носорога, сохраняются на поверхностях до нескольких дней.Желудочно-кишечные вирусы часто сохраняются у человека в течение нескольких месяцев, в то время как вирусы, передающиеся через кровь, такие как ВИЧ, могут сохраняться более одной недели вне организма-хозяина.
В этом семестре мы рассмотрим характеристики вирусов на нескольких этапах. На данный момент мы можем сказать, что вирусы используют ДНК или РНК в качестве своего наследственного материала. Им также требуется клетка-хозяин для осуществления их метаболической активности.
Как нам организовать всех этих организмов ?
См. Ускоренный курс по таксономии, системе классификации всего живого на Земле:

(PDF) Новое биологическое определение жизни

2 Виктор В.Тец, Джордж В. Тетц: Новое биологическое определение жизни

Более того, на протяжении более 200 лет наиболее влиятельные биологи

обсуждали определение и происхождение жизни

без точных определений, только с феноменологическими описаниями и объяснениями. (16).

Проблемы и неточности в существующих определениях

понятия «жизнь» возникают из-за появления новых категорий

, таких как искусственная жизнь (жизнь, синтетическая жизнь) и

жизнь, спроектированная путем перепроектирования биологических компонентов

что изучается в области синтетической биологии (17-19).

Кроме того, определение жизни должно быть универсальным, для

как одноклеточных, так и многоклеточных организмов (1, 20). Современные определения жизни

соответствуют феномену жизни

; но, на наш взгляд, они не отражают связи

трехдоменной системы архей, бактерий и

эукарии, предложенной Везе в единую сеть

сущности жизни, и не отражают взаимодействия с не-

живые объекты (21).

Здесь мы предлагаем новое определение жизни: «Жизнь — это

организованная материя, обеспечивающая генетическую информацию

метаболизм». Мы определили «метаболизм генетической информации

» как процесс, ответственный за репликацию, метилирование, репарацию ДНК и РНК,

, мутацию

, транскрипцию, рекомбинацию, выживание и распространение

как в одноклеточных, так и в многоклеточных.

организмов. На основании вышеизложенного мы сформулировали общие биологические функции жизни

как биологический закон Тец

«Общая биологическая функция жизни — обеспечивать

генетический информационный метаболизм».

Мы также описываем общие биологические функции

жизни как биологический закон Тец, основанный на концепции Пангенома

(22, 23). Концепция пангенома представляет собой коллективную

генетическую систему всех живых организмов и включает

органических молекул и их комплексов (ДНК- и

РНК-содержащих вирусов, плазмид, транспозонов и

инсерционных последовательностей), которые участвуют в хранение

и передача генетической информации (24-27).Концепция

Pangenome была предложена как общая платформа

, объединяющая как живые, так и неживые части природы

, и фокусируется на свойствах всех объектов

, несущих генетическую информацию. Предполагается, что Пангеном

реагирует на изменения окружающей среды, как

в целом, независимо от какого-либо отдельного вида,

посредством развития, поддержания и распространения

модифицированных генов для использования множеством организмов,

, включая неродственные.Опираясь на концепцию Пангенома

, мы разделили всех носителей генетической информации

, входящих в Пангеном, на категории «живые»

и «неживые». Живые носители включают все одноклеточные

и многоклеточные организмы, а неживые объекты

содержат генетическую информацию, включая вирусы, плазмиды, транспозоны

и внеклеточные ДНК и РНК. Здесь мы

коллективно назвали все эти неживые объекты

«неживыми генетическими элементами» (NLGE).

Определение вирусов как неживых существ

согласуется с определением многих авторов; однако их определения

основаны на других характеристиках, таких как отсутствие клеточного метаболизма

и тот факт, что вирусы

не воспроизводятся сами по себе (28). По мере развития вирусов определенные

характеристики живых организмов, как предполагают некоторые авторы

, могут передаваться в вирусы, что делает их

живыми организмами, учитывая, что все биологические объекты

, которые активно участвуют в жизненном процессе, являются живыми. (29,

30).

Согласно нашему определению жизни, вирусы

считаются неживыми, поскольку они не обеспечивают «генетический

информационный метаболизм», который отличает их от

живых объектов.

Живые организмы зависят от NLGE для распространения

и распространения своей генетической информации

во время горизонтального переноса генов (HGT; также известный как горизонтальный перенос генов

) (31, 32). Один из наиболее распространенных механизмов

приобретения устойчивости к антибиотикам связан с

HGT, реализованным с плазмидами, бактериофагами, клеточной свободной ДНК

и другими NLGE (33, 34).Недавние исследования

также продемонстрировали перенос генов между

различных организмов с филогенетической точки зрения, например, между эукариотическими клетками и

бактериями, и наоборот (35-37). Было продемонстрировано

, что бактерии даже приобрели генетический материал из генома человека

(38). Более того, было обнаружено, что некоторые бактериофаги

содержат эукариотические гены (39). Основная цель

NLGE в поддержании живых организмов —

, что подчеркивается их глобальным распространением.Общее количество

NLGE в окружающей среде во много раз превышает количество

одноклеточных и многоклеточных организмов.

Действительно, по оценкам, в океане

содержится> 1031 фаговая частица, взрослый человек содержит> 1015 бактериофагов,

, а морские отложения, как полагают, содержат> 0,45

гигатонн внеклеточной ДНК и внеклеточной ДНК. (эДНК)

(40, 41). eDNA и eRNA высвобождаются и присутствуют в

большинстве наземных и водных средах, в бактериальных

и грибковых биопленках, а также в крови животных и человека,

, где они играют важную роль в распределении генов

и часто встречаются. приобретены другими организмами

(42, 43-46).Мы полагаем, что генерация и размножение

модифицированных генов происходит в клетках живых носителей,

, в то время как их распределение среди микробиома

связано с активным участием NLGE. Действительно, образование

новых генов возможно только у живых организмов как

в результате различных изменений генома. И живые, и

неживых организмов, содержащие генетическую информацию,

участвуют в распространении модифицированных генов.

Без аутентификации

Дата загрузки | 14.01.20 13:37

1.1 Темы и концепции биологии — концепции биологии — 1-е канадское издание

К концу этого раздела вы сможете:

• Определить и описать свойства жизни
• Опишите уровни организации среди живых существ
• Перечислите примеры различных дисциплин биологии

Посмотрите видео об эволюции путем естественного отбора.

Биология — это наука, изучающая жизнь. Что такое жизнь? Это может показаться глупым вопросом с очевидным ответом, но дать определение жизни непросто. Например, раздел биологии под названием вирусология изучает вирусы, которые обладают некоторыми характеристиками живых существ, но не имеют других. Оказывается, хотя вирусы могут атаковать живые организмы, вызывать заболевания и даже воспроизводиться, они не соответствуют критериям, которые биологи используют для определения жизни.

С самого начала биология боролась с четырьмя вопросами: какие общие свойства делают что-то «живым»? Как функционируют эти различные живые существа? Столкнувшись с удивительным разнообразием жизни, как нам организовать различные виды организмов, чтобы лучше понять их? И, наконец, что в конечном итоге пытаются понять биологи, как возникло это разнообразие и как оно продолжается? Поскольку новые организмы открываются каждый день, биологи продолжают искать ответы на эти и другие вопросы.

Все группы живых организмов обладают множеством ключевых характеристик или функций: порядок, чувствительность или реакция на стимулы, размножение, адаптация, рост и развитие, регуляция, гомеостаз и обработка энергии. Вместе эти восемь характеристик определяют жизнь.

Заказать

Организмы — это высокоорганизованные структуры, состоящие из одной или нескольких клеток. Даже очень простые одноклеточные организмы чрезвычайно сложны. Внутри каждой ячейки атомы составляют молекулы.Они, в свою очередь, составляют клеточные компоненты или органеллы. Многоклеточные организмы, которые могут состоять из миллионов отдельных клеток, имеют преимущество перед одноклеточными организмами в том, что их клетки могут быть специализированы для выполнения определенных функций и даже принесены в жертву в определенных ситуациях на благо всего организма в целом. Как эти специализированные клетки объединяются, чтобы сформировать такие органы, как сердце, легкие или кожа у таких организмов, как жаба, показанная на рисунке 1.2, будет обсуждаться позже.

Фигура 1.2 Жаба представляет собой высокоорганизованную структуру, состоящую из клеток, тканей, органов и систем органов.

Чувствительность или реакция на стимулы

Организмы реагируют на разнообразные раздражители. Например, растения могут наклоняться к источнику света или реагировать на прикосновения. Даже крошечные бактерии могут двигаться к химическим веществам или от них (процесс, называемый хемотаксисом) или свету (фототаксис). Движение к стимулу считается положительной реакцией, а движение от стимула — отрицательной.

Рис. 1.3. Листья этого чувствительного растения (Mimosa pudica) мгновенно опадают и складываются при прикосновении. Через несколько минут растение возвращается в нормальное состояние.

Концепция в действии

Посмотрите это видео, чтобы увидеть, как чувствительное растение реагирует на прикосновение.

Репродукция

Одноклеточные организмы воспроизводятся, сначала дублируя свою ДНК, которая является генетическим материалом, а затем деля его поровну, когда клетка готовится к делению с образованием двух новых клеток.Многие многоклеточные организмы (состоящие из более чем одной клетки) производят специализированные репродуктивные клетки, из которых формируются новые особи. Когда происходит размножение, ДНК, содержащая гены, передается потомству организма. Эти гены являются причиной того, что потомство будет принадлежать к одному виду и иметь характеристики, аналогичные родительским, такие как цвет меха и группа крови.

Адаптация

Все живые организмы «приспособлены» к окружающей среде. Биологи называют это приспособление адаптацией, и это следствие эволюции путем естественного отбора, который действует во всех родословных воспроизводящих организмов.Примеры приспособлений разнообразны и уникальны: от термостойких архей, обитающих в кипящих горячих источниках, до длины языка моли, питающейся нектаром, которая соответствует размеру цветка, которым она питается. Все адаптации усиливают репродуктивный потенциал человека, который их демонстрирует, включая их способность выживать и воспроизводить потомство. Адаптации непостоянны. По мере изменения окружающей среды естественный отбор заставляет характеристики особей в популяции отслеживать эти изменения.

Рост и развитие

Организмы растут и развиваются в соответствии с конкретными инструкциями, закодированными их генами. Эти гены предоставляют инструкции, которые будут управлять клеточным ростом и развитием, гарантируя, что детеныши вида вырастут и будут демонстрировать многие из тех же характеристик, что и его родители.

Рис. 1.4 Хотя нет двух одинаковых котят, эти котята унаследовали гены от обоих родителей и обладают многими схожими характеристиками.

Постановление

Даже самые маленькие организмы сложны и требуют множества регуляторных механизмов для координации внутренних функций, таких как транспорт питательных веществ, реакция на раздражители и преодоление стрессов окружающей среды.Например, системы органов, такие как пищеварительная или кровеносная системы, выполняют определенные функции, такие как перенос кислорода по всему телу, удаление отходов, доставка питательных веществ в каждую клетку и охлаждение тела.

Гомеостаз

Для правильного функционирования клеткам требуются соответствующие условия, такие как правильная температура, pH и концентрация различных химических веществ. Однако эти условия могут меняться от одного момента к другому. Организмы способны поддерживать внутренние условия в узком диапазоне почти постоянно, несмотря на изменения окружающей среды, благодаря процессу, называемому гомеостазом или «устойчивым состоянием» — способности организма поддерживать постоянные внутренние условия.Например, многие организмы регулируют температуру своего тела с помощью процесса, известного как терморегуляция. Организмы, обитающие в холодном климате, такие как белый медведь, имеют структуру тела, которая помогает им выдерживать низкие температуры и сохранять тепло тела. В жарком климате у организмов есть методы (например, потоотделение у людей или одышка у собак), которые помогают им отводить избыточное тепло тела.

Рис. 1.5 Белые медведи и другие млекопитающие, обитающие в покрытых льдом регионах, поддерживают температуру своего тела, выделяя тепло и уменьшая потери тепла через густой мех и плотный слой жира под кожей.

Обработка энергии

Все организмы (например, калифорнийский кондор, показанный на рис. 1.6) используют источник энергии для своей метаболической активности. Некоторые организмы улавливают энергию солнца и превращают ее в химическую энергию в пище; другие используют химическую энергию поглощаемых молекул.

Рис. 1.6 Калифорнийскому кондору требуется много энергии для полета. Химическая энергия, получаемая из пищи, используется для полета. Калифорнийские кондоры — вымирающий вид; Ученые постарались прикрепить к каждой птице бирку с крыльями, чтобы помочь им идентифицировать и определить местонахождение каждой отдельной птицы.

Живые существа высокоорганизованы и структурированы, следуя иерархии от мала до велика. Атом — самая маленькая и самая фундаментальная единица материи. Он состоит из ядра, окруженного электронами. Атомы образуют молекулы. Молекула представляет собой химическую структуру, состоящую по крайней мере из двух атомов, скрепленных химической связью. Многие молекулы, которые имеют биологическое значение, — это макромолекулы , большие молекулы, которые обычно образуются путем объединения более мелких звеньев, называемых мономерами.Примером макромолекулы является дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК), которая содержит инструкции для функционирования организма, который ее содержит.

Рис. 1.7. Молекула, как и эта большая молекула ДНК, состоит из атомов.

Концепция в действии

Чтобы увидеть анимацию этой молекулы ДНК, щелкните здесь.

Некоторые клетки содержат агрегаты макромолекул, окруженные мембранами; их называют органеллами. Органеллы — это небольшие структуры, которые существуют внутри клеток и выполняют специальные функции.Все живые существа состоят из клеток; Сама клетка — это наименьшая фундаментальная единица структуры и функции в живых организмах. (Это требование является причиной того, почему вирусы не считаются живыми: они не состоят из клеток. Чтобы создать новые вирусы, они должны вторгнуться и захватить живую клетку; только тогда они могут получить материалы, необходимые для воспроизводства.) Некоторые организмы состоят из одна клетка, а другие — многоклеточные. Клетки подразделяются на прокариотические и эукариотические. Прокариоты — это одноклеточные организмы, в которых отсутствуют органеллы, окруженные мембраной, и ядра, окруженные ядерными мембранами; напротив, клетки эукариот действительно имеют мембраносвязанные органеллы и ядра.

В большинстве многоклеточных организмов клетки объединяются в ткани, которые представляют собой группы похожих клеток, выполняющих одну и ту же функцию. Органы — это совокупность тканей, сгруппированных по общей функции. Органы есть не только у животных, но и у растений. Система органов — это более высокий уровень организации, состоящий из функционально связанных органов. Например, у позвоночных животных есть много систем органов, таких как система кровообращения, которая транспортирует кровь по всему телу, в легкие и из них; он включает такие органы, как сердце и кровеносные сосуды.Организмы — это индивидуальные живые существа. Например, каждое дерево в лесу — это организм. Одноклеточные прокариоты и одноклеточные эукариоты также считаются организмами и обычно называются микроорганизмами.

Рис. 1.8 Биология исследует все аспекты жизни, от атома до всей Земли.

Какое из следующих утверждений неверно?

1. Ткани существуют внутри органов, которые существуют в системах органов.
2. Сообщества существуют в популяциях, существующих в экосистемах.
3. Органеллы существуют внутри клеток, которые существуют в тканях.
4. Сообщества существуют в экосистемах, существующих в биосфере.

Все особи вида, живущие на определенной территории, вместе называются популяцией. Например, в лесу может быть много белых сосен. Все эти сосны представляют собой популяцию белых сосен в этом лесу. На одной и той же территории могут проживать разные группы населения. Например, сосновый лес включает популяции цветковых растений, а также популяции насекомых и микробов.Сообщество — это совокупность популяций, населяющих определенную территорию. Например, все деревья, цветы, насекомые и другие популяции в лесу образуют лесное сообщество. Сам лес — это экосистема. Экосистема состоит из всех живых существ в определенной области вместе с абиотическими или неживыми частями этой среды, такими как азот в почве или дождевая вода. На самом высоком уровне организации биосфера представляет собой совокупность всех экосистем и представляет собой зоны жизни на Земле.Он включает землю, воду и части атмосферы.

Наука биология очень широка, потому что на Земле существует огромное разнообразие форм жизни. Источником этого разнообразия является эволюция, процесс постепенного изменения, в ходе которого новые виды возникают из более старых видов. Эволюционные биологи изучают эволюцию живых существ во всем, от микроскопического мира до экосистем.

В 18 веке ученый Карл Линней впервые предложил организовать известные виды организмов в иерархическую таксономию.В этой системе виды, которые наиболее похожи друг на друга, объединяются в группу, известную как род. Более того, похожие роды (множественное число родов) объединяются в одну семью. Такое группирование продолжается до тех пор, пока все организмы не будут собраны в группы на самом высоком уровне. Текущая таксономическая система теперь имеет восемь уровней в своей иерархии, от низшего к высшему, а именно: вид, род, семейство, порядок, класс, тип, царство и домен. Таким образом, виды группируются внутри родов, роды — внутри семейств, семейства — внутри отрядов и т. Д.

Рисунок 1.9 На этой диаграмме показаны уровни таксономической иерархии собаки, от самой широкой категории — домена до наиболее специфической — разновидностей.

Самый высокий уровень, домен, является относительно новым дополнением к системе с 1990-х годов. Теперь ученые признают три области жизни: эукарию, архей и бактерии. Домен Eukarya содержит организмы, у которых есть клетки с ядрами. Он включает в себя царства грибов, растений, животных и несколько царств протистов. Археи — это одноклеточные организмы без ядер, среди которых много экстремофилов, обитающих в суровых условиях, например, в горячих источниках.Бактерии — еще одна совершенно другая группа одноклеточных организмов без ядер. И археи, и бактерии — прокариоты, неофициальное название клеток без ядер. Осознание в 1990-х годах того, что некоторые «бактерии», ныне известные как археи, генетически и биохимически отличаются от других бактериальных клеток, как и от эукариот, послужило основанием для рекомендации разделить жизнь на три области. Это резкое изменение в наших знаниях о дереве жизни демонстрирует, что классификации не являются постоянными и изменятся, когда станет доступна новая информация.

В дополнение к иерархической таксономической системе Линней был первым, кто назвал организмы двумя уникальными именами, которые теперь называются биномиальной системой именования. До Линнея использование общих имен для обозначения организмов вызывало путаницу, поскольку в этих общих именах существовали региональные различия. Биномиальные названия состоят из названия рода (которое пишется с большой буквы) и названия вида (все в нижнем регистре). При печати оба имени выделяются курсивом. Каждому виду дается уникальный бином, признанный во всем мире, так что ученый в любом месте может знать, о каком организме идет речь.Например, североамериканская голубая сойка известна под уникальным именем Cyanocitta cristata . Наш собственный вид — Homo sapiens .

Рисунок 1.10 Эти изображения представляют разные домены. Микрофотография, полученная с помощью сканирующего электронного микроскопа, показывает: (а) бактериальные клетки принадлежат к домену «Бактерии», а (б) экстремофилы, все вместе видимые в виде цветных матов в этом горячем источнике, принадлежат домену архей. И (c) подсолнечник, и (d) лев являются частью домена Eukarya.

Эволюция в действии

Карл Вёзе и филогенетическое древо

Эволюционные отношения различных форм жизни на Земле можно обобщить на филогенетическом дереве.Филогенетическое дерево — это диаграмма, показывающая эволюционные отношения между биологическими видами, основанные на сходстве и различии генетических или физических признаков или того и другого. Филогенетическое дерево состоит из точек ветвления или узлов и ветвей. Внутренние узлы представляют предков и являются точками эволюции, когда на основании научных данных считается, что предок разделился и образовал два новых вида. Длину каждой ветви можно рассматривать как оценку относительного времени.

В прошлом биологи сгруппировали живые организмы в пять царств: животные, растения, грибы, простейшие и бактерии.Новаторская работа американского микробиолога Карла Вёза в начале 1970-х годов показала, однако, что жизнь на Земле развивалась по трем линиям, которые теперь называются областями — бактерии, археи и эукарии. Вёзе предложил домен как новый таксономический уровень, а архей — как новый домен, чтобы отразить новое филогенетическое дерево. Многие организмы, принадлежащие к домену архей, живут в экстремальных условиях и называются экстремофилами. Чтобы построить свое дерево, Вёзе использовал генетические отношения, а не сходства, основанные на морфологии (форме).В филогенетических исследованиях использовались различные гены. Дерево Вёза было построено на основе сравнительного секвенирования универсально распределенных генов, обнаруженных в некоторых слегка измененных формах в каждом организме, сохраненных (это означает, что эти гены оставались лишь незначительно измененными на протяжении эволюции) и соответствующей длины.

Рис. 1.11 Это филогенетическое дерево было построено микробиологом Карлом Вёзе с использованием генетических родств. Дерево показывает разделение живых организмов на три области: бактерии, археи и эукарии.Бактерии и археи — это организмы без ядра или других органелл, окруженных мембраной, и поэтому они являются прокариотами.

Посмотреть видео о науке и медицине

Область биологии широка и поэтому включает множество разделов и дисциплин. Биологи могут изучать одну из этих субдисциплин и работать в более узкой области. Например, молекулярная биология изучает биологические процессы на молекулярном уровне, включая взаимодействия между молекулами, такими как ДНК, РНК и белки, а также то, как они регулируются.Микробиология — это изучение структуры и функций микроорганизмов. Сама по себе это довольно обширная ветвь, и в зависимости от предмета исследования, среди них также есть физиологи-микробиологи, экологи и генетики.

Другая область биологических исследований, нейробиология, изучает биологию нервной системы, и хотя она считается разделом биологии, она также признана междисциплинарной областью исследований, известной как нейробиология. Из-за своей междисциплинарной природы эта дисциплина изучает различные функции нервной системы с использованием молекулярных, клеточных, связанных с развитием, медицинских и вычислительных подходов.

Рис. 1.12. Исследователи работают над раскопками окаменелостей динозавров на месте в Кастельоне, Испания.

Палеонтология, другая отрасль биологии, использует окаменелости для изучения истории жизни. Зоология и ботаника изучают животных и растения соответственно. Биологи могут также специализироваться как биотехнологи, экологи или физиологи, и это лишь некоторые области. Биотехнологи применяют знания биологии для создания полезных продуктов. Экологи изучают взаимодействие организмов в окружающей их среде.Физиологи изучают работу клеток, тканей и органов. Это лишь небольшая часть множества областей, которыми могут заниматься биологи. От нашего собственного тела до мира, в котором мы живем, открытия в биологии могут влиять на нас самым прямым и важным образом. Мы зависим от этих открытий для нашего здоровья, наших источников пищи и преимуществ, предоставляемых нашей экосистемой. Из-за этого знание биологии может помочь нам в принятии решений в нашей повседневной жизни.

Развитие технологий в двадцатом веке, которое продолжается и сегодня, особенно технология описания и манипулирования генетическим материалом, ДНК, изменила биологию.Эта трансформация позволит биологам продолжить более детальное понимание истории жизни, того, как устроено человеческое тело, нашего человеческого происхождения и того, как люди могут выжить как вид на этой планете, несмотря на стрессы, вызванные нашей растущей численностью. Биологи продолжают разгадывать огромные загадки жизни, предполагая, что мы только начали понимать жизнь на планете, ее историю и наши отношения с ней. По этой и другим причинам знание биологии, полученное с помощью этого учебника и других печатных и электронных средств массовой информации, должно быть полезным в любой области, в которой вы работаете.

Судмедэксперт

Судебная медицина — это применение науки для ответа на вопросы, связанные с законом. Судебными экспертами могут быть биологи, химики и биохимики. Судебно-медицинские эксперты предоставляют научные доказательства для использования в судах, и их работа включает изучение следов, связанных с преступлениями. За последние несколько лет интерес к судебной медицине возрос, возможно, из-за популярных телешоу, в которых судмедэксперты участвуют в работе.Кроме того, развитие молекулярных методов и создание баз данных ДНК обновили виды работы, которую могут выполнять судебно-медицинские эксперты. Их служебная деятельность в первую очередь связана с преступлениями против людей, такими как убийства, изнасилования и нападения. Их работа включает анализ таких образцов, как волосы, кровь и другие биологические жидкости, а также обработку ДНК, обнаруженной во многих различных средах и материалах. Судмедэксперты также анализируют другие биологические доказательства, оставленные на местах преступления, такие как части насекомых или пыльцевые зерна.Студенты, которые хотят продолжить карьеру в области судебной медицины, скорее всего, должны будут пройти курсы химии и биологии, а также некоторые интенсивные курсы математики.

Рис. 1.13. Этот судебно-медицинский эксперт работает в комнате для извлечения ДНК в Лаборатории уголовных расследований армии США.

Биология — наука о жизни. Все живые организмы обладают несколькими ключевыми свойствами, такими как порядок, чувствительность или реакция на раздражители, размножение, адаптация, рост и развитие, регуляция, гомеостаз и обработка энергии.Живые существа высокоорганизованы по иерархии, которая включает в себя атомы, молекулы, органеллы, клетки, ткани, органы и системы органов. Организмы, в свою очередь, подразделяются на популяции, сообщества, экосистемы и биосферу. Эволюция является источником огромного биологического разнообразия на Земле сегодня. Диаграмма, называемая филогенетическим деревом, может использоваться для демонстрации эволюционных взаимоотношений между организмами. Биология очень широка и включает множество разделов и дисциплин. Примеры включают, среди прочего, молекулярную биологию, микробиологию, нейробиологию, зоологию и ботанику.

атом: основная единица вещества, которая не может быть разрушена с помощью обычных химических реакций

биология: изучение живых организмов и их взаимодействия друг с другом и окружающей их средой

биосфера: совокупность всех экосистем на Земле

клетка: наименьшая фундаментальная единица структуры и функции живых существ

сообщество: совокупность населения, населяющая определенную территорию

экосистема: все живые существа в определенной области вместе с абиотическими, неживыми частями этой среды

эукариот: организм, клетки которого имеют ядра и мембраносвязанные органеллы

эволюция: процесс постепенного изменения популяции, который также может привести к появлению новых видов, происходящих из более старых видов

гомеостаз: способность организма поддерживать постоянные внутренние условия

макромолекула: большая молекула, обычно образованная путем соединения более мелких молекул

молекула: химическая структура, состоящая как минимум из двух атомов, удерживаемых вместе химической связью

орган: структура, состоящая из тканей, работающих вместе для выполнения общей функции

Система органов: более высокий уровень организации, состоящий из функционально связанных органов

органелла: мембраносвязанный отсек или мешок внутри клетки

организм: индивидуальное живое существо

филогенетическое дерево: диаграмма, показывающая эволюционные отношения между биологическими видами на основе сходства и различий в генетических или физических признаках или обоих

Население: все особи одного вида, живущие на определенной территории

прокариот: одноклеточный организм, не имеющий ядра или любой другой мембраносвязанной органеллы

ткань: группа аналогичных клеток, выполняющих одну и ту же функцию

Атрибуция в СМИ

.