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 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

тест, методика и критерии определения биологического возраста человека

Пока не изобретены технологии или средство, которые предотвращали бы старение, каждый живой организм на планете имеет определенную продолжительность жизни. Для большинства из нас очевидно, что люди отличаются друг от друга не только внешними признаками, но и скоростью различных внутренних процессов. Но о том, что именно из-за различий в механизмах функционирования организма возраст по паспорту не всегда совпадает с биологическим, знают не все. Вы можете спросить: а действительно возможно, чтобы число прожитых лет отличалось от истинной степени старения человека? Ответ: да, возможно, а каким образом это обычно происходит, предлагаем прочитать ниже.

О чем может рассказать биологический возраст человека

Это показатель, который отражает, какой возрастной категории на данный момент соответствуют различные обменные процессы в организме и состояние органов человека. Проще говоря, расчет биологического возраста позволяет определить настоящую степень старения. Таким образом, на самом деле наш организм может стареть быстрее, медленнее либо одинаково по сравнению с календарным показателем. Все зависит от того, какой образ жизни вы ведете. Опираясь на данные, при необходимости можно предпринять ряд мер, чтобы улучшить здоровье, держать его под контролем и продлить молодость.

Как определить свой биологический возраст

Важно то, что параметр отражает состояние организма на момент расчета. Что это значит? Если вы будете самостоятельно определять биологический возраст после тяжелой трудовой недели и после отпуска, то значения могут различаться. Более точную информацию часто получают, выполнив диагностику (например, в медицинском центре) с помощью специального прибора. Самостоятельные измерения дают примерный (условный) результат. Существует несколько вариантов расчета.

1. Измерьте свой пульс, запишите результат, после чего выполните 30 интенсивных приседаний и замерьте пульс еще раз. Разница в значениях покажет биологический возраст:
   • 0–10 единиц – вам 20 лет;
   • 10–20 – 30 лет;
   • 20–30 – 40 лет;
   • 30–40 – 50 лет;
   • более 40 единиц – 60 лет и старше.

2. На тыльной стороне кисти нужно ущипнуть себя большим и указательным пальцами. Отсчитайте 5 секунд и после этого отпустите кожу. Она побелеет, так как при таком действии происходит блокировка кровеносных сосудов. Засеките, за сколько времени кожа вернет свой привычный цвет. Если:
   • за 5 секунд, то вам около 30 лет;
   • 8 – примерно 40;
   • 10 – около 50;
   • 15 – в районе 60.

3. Вы наверняка на уроках физкультуры в школе или университете выполняли такое упражнение: сложите руки в замок за спиной. Для этого одну руку заведите назад через плечо, а другую – в области груди. «Замок» должен получиться на уровне лопаток. Если вы:
   • выполнили упражнение без труда, то вам около 20 лет;
   • едва коснулись пальцами – 30;
   • не смогли достать руками друг до друга – 40;
   • даже не завели руки за спину – 60.

Как можно замедлить процессы старения и улучшить биологические показатели здоровья

Наш организм не всегда надежно застрахован от воздействия окружающей среды, стрессов и других факторов, которые могут влиять на здоровье. Тем не менее есть способы, которые при отсутствии серьезных болезней помогают поддерживать органы в хорошем состоянии.

Пить очищенную воду. Она необходима практически каждой клеточке организма. Для того чтобы водный баланс был в норме, стоит пить именно очищенную воду, а не чай или кофе. Газированные сладкие напитки и концентрированные соки при регулярном употреблении могут способствовать набору веса, поэтому они тоже не подойдут. Организм нуждается в обычной чистой воде ежедневно, а она обладает приятным бонусом – нулевой калорийностью. Если вам не нравится употреблять жидкость в стандартном варианте, то можно добавлять к ней мяту, дольку лайма или лимона.

Заниматься физическими упражнениями и спортом. Запишитесь в фитнес-зал. Под руководством тренера можно не только привести мышцы в тонус, но и сбросить лишние килограммы. Если по каким-то причинам посещение спортивного центра невозможно, старайтесь совершать ежедневные прогулки в течение 40–60 минут. Начинайте утро с зарядки. Она может активизировать работу организма, помочь укрепить мышцы и подарить приятный заряд бодрости на весь день.

Питаться рационально. Каждый человек может рассчитать свою норму калорий, например через какое-либо мобильное приложение. Зачем? Для современных людей характерно переедание, употребление полуфабрикатов, перекусы на бегу, а также многие едят перед сном и часто чересчур много, так как поздно приходят домой и в течение дня не имели возможности спокойно пообедать. Более того, есть и те, кто вовсе не завтракает. Все это чревато набором килограммов, что в некоторых случаях приводит к проблемам со здоровьем и ускоряет старение. Завтрак – это важный прием пищи, поэтому следует начинать каждый день с него. Следите за тем, что вы едите, и ведите подсчет калорий. Откажитесь от слишком жирных, жареных продуктов и тех, которые имеют высокий гликемический индекс.

Поддерживать баланс витаминов и минералов. Не забывайте о том, что организму часто нужны различные органические соединения и микроэлементы. При необходимости и по рекомендации врача их можно получить, принимая различные средства или БАДы. Например, компания Herbalife Nutrition разработала отдельные комплексы витаминов и минералов для женщин и мужчин. В состав БАДов входят различные компоненты, которые помогают всесторонне поддерживать рацион. Для сбалансированного питания можно дополнительно либо отдельно использовать протеиновый коктейль «Формула 1». Комплекс «Роузгард» содержит мощные антиоксиданты для продления молодости клеток. Прием таких таблеток во время еды может помочь предотвратить преждевременное старение и оказывать защитное действие на нервные клетки.

Оставаться красивыми и бодрыми иногда проще, чем кажется. Стоит захотеть и начать действовать!

Что такое биоразнообразие? — Конвенция о биологическом разнообразии

Что такое биоразнообразие?

Биоразнообразие — это сокращенный вариант словосочетания «биологическое разнообразие», которое обозначает всевозможное разнообразие форм жизни на Земле. Иногда также для этого используется выражение «сеть жизни». Хотя биоразнообразие  представляет собой весьма сложное явление, «сеть жизни» зачастую подразделяют на три части:

1. Гены
2. Биологические виды
3. Экосистема

Гены

Гены — это особые коды или команды, которые имеются во всех клетках. Вследствие разнообразия кодов в организмах мы выглядим и ведем себя по-разному. Гены определяют, карие или голубые у вас будут глаза, большой или маленький размер ноги и будут ли ваши ноги плохо пахнуть. Генетическое развитие проявляется на индивидуальном уровне и делает каждого из нас уникальным.

Биологические виды

Вид — это группа живых организмов, которые могут самовоспроизводиться.

Хотя мы можем об этом и не задумываться, но нам каждый день встречаются представители разнообразных видов, а именно люди, собаки и кошки. Разнообразие видов — одна из наиболее очевидных форм биоразнообразия. Нашу планету, Землю, населяют миллионы видов, многие из которых до сих пор не идентифицированы.  В настоящее время известно более 375 000 видов цветковых растений и 15 000 видов млекопитающих и птиц. Существуют тысячи мелких организмов и микроорганизмов, которых ученым еще предстоит идентифицировать.

В рамках одного вида существует генетическое разнообразие. Группа организмов, у которых был общий предок и которые обладают общими характеристиками, у животных называется порода, а у растений — разновидность.

Знаете ли вы, что в дождевых лесах Амазонии в одном дереве может обитать до 2000 видов птиц, насекомых, грибов, эпифитов и микроорганизмов?

Экосистемы

Попросту говоря, экосистема — это конкретные природные условия, в которых обитают виды. Экология изучает разнообразные виды в естественных условиях их обитания. На Земле существует много разнообразных видов экосистем. Некоторые из них нам хорошо известны, например лесные, горные или морские экосистемы. Другие менее известны, но они также весьма важны для обеспечения биоразнообразия.

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.Это начинается 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 и того же 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 на берег вышли такие животные, как членистоногие, 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 есть одна особенность — клетка, отделение, в котором находятся биохимические процессы. Клетки часто включают в список 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 на части, 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 захвата механизма репликации своей клетки-хозяина, но 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, 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 необычные 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 могло бы 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 построению и управлению организмом закодированы в генах, переносятся в молекуле, подобной ДНК, информация которой копируется и передается от одного поколения к другому. 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 по-прежнему ограничены 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 состоит 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 (одни биологи считают вирусы живыми, а другие — 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, где определение жизни могло бы быть полезным: «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 используются разные слова, это две стороны одной медали и разделяют центральную концепцию: жизнь способна адаптироваться к окружающей среде.

Дарвиновская эволюция — это способ, которым жизнь , как мы ее знаем, приспосабливается.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 » (с учетом бессмертных ИИ, которые не нуждаются в репликации) и также требование НАСА о «химической системе» (допускающей наличие организмов, не несущих гены на ДНК-подобной молекуле). «Среда» подразумевает среду обитания или экосистему, а не просто окружающую среду, что исключает робота, который настраивает свое тело, чтобы пересекать местность, и виртуальные объекты, 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 фактически 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, а это 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 определить 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, который сочетает в себе 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, которые происходят 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 в виде биологического закона 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 развития, 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 «метаболизм 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, реализуемым 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 земных 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 при посредничестве 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, облегчая прямой контакт 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 через их распределение 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 между микробиотами 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 Тетца считались частью 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 Д. 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 Бедо 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. Ищите 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. Широко распространенное 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. Ищите 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: естественное 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. Легкий!

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 относим к жизни, которые могут поставить эти отметки. 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 вирусы живыми, 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 размножаться, 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 туманность 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 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 определение 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 совсем других условиях, но, вероятно, по-прежнему сохраняет ключевые характеристики жизни в том виде, в каком мы бы узнали ее на Земле.

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

«[Но] мы должны непредвзято относиться к возможности 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 жили и дышали 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.

Еще с 1990-х годов, когда появилось компьютерное программное обеспечение Томаса Рэя 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 широкое представление о том, что такое жизнь, в то время 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, стенка клетки). «Важно отметить, что это не определение жизни в целом, а просто определение минимальной химической жизни», — объясняет он.

Может быть, то, что мы считаем важным, на самом деле 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 Университета Колорадо 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 млекопитающими».

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 вездеход проедет 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.

(PDF) Новое биологическое определение жизни

2 Виктор В. Тец, Джордж В. Тец: 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 их 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

последовательностей вставок), 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

Свойства жизни | manoa.hawaii.edu/ExploringOurFluidEarth

Что такое жизнь?

Биология — это изучение жизни. Хотя это может показаться простым, слово life имеет личный смысл, и некоторые страстные дебаты вращаются вокруг определения человеческой жизни. Например, люди спорят, когда жизнь начинается, а когда заканчивается. Эти дебаты влияют на социальные и политические решения, например, могут ли родители извлекать стволовые клетки из пуповины своего ребенка и имеет ли право человек, приближающийся к концу жизни, отказаться от экстремальных медицинских процедур.Из этих дебатов становится ясно, что живущих означает разные вещи для разных людей.

Трудно дать определение жизни, потому что жизнь — сложный процесс. На первый взгляд, некоторые организмы даже не кажутся живыми (рис. 1.2). Однако биологи в целом согласны с общими характеристиками и общими процессами, которые объединяют все живые организмы. Организм — это любая отдельная форма жизни.

Деятельность

Сформируйте рабочее определение живого.

Определение жизни

Ниже приведены характеристики, которые, по мнению большинства ученых, имеют все живые существа.

Наследственность — это передача информации о признаках от одного поколения к другому. Информация о признаках может включать физические и биохимические характеристики, такие как цвет глаз у людей или рисунок шерсти у кошек. Все живые организмы хранят наследственную информацию в виде молекул нуклеиновых кислот, таких как ДНК или РНК. ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота) — это молекула, которая хранится в клетке и содержит генетический план для создания целого нового организма. В большинстве организмов РНК (рибонуклеиновая кислота) происходит из ДНК и является частью генетической схемы, которая кодирует отдельные гены и белки.

Ген — это часть ДНК, которая содержит информацию для определенного признака или молекулы. Гены могут производить белки, некоторые из которых являются специализированными белками, называемыми ферментами. Ферменты — это белки, которые позволяют организмам ускорять жизненные процессы. Ферменты необходимы для жизни, потому что они помогают химическим реакциям протекать быстро и при относительно низких температурах. Например, ферменты преобразуют сырые химические материалы и превращают их в энергию и отходы. Ферменты также помогают организмам размножаться и реагировать на окружающую среду.

Белки также важны, потому что они помогают производить различные физические или биохимические характеристики, такие как форма тела, скорость роста и цвет волос.Многие из этих черт передаются по наследству, что означает, что информация передавалась от родителей к потомкам. В случае людей мы наследуем по одному набору признаков от каждого родителя, создавая генетически уникальное потомство.

Все живые организмы развиваются и приспосабливаются к окружающей среде посредством процесса, называемого естественным отбором. Адаптация — это термин, обозначающий популяцию, которая меняется с течением времени. Конкретные черты, кодируемые генами, влияют на шансы организма на выживание и воспроизводство.Организмы с благоприятными характеристиками выживают в большем количестве и передают эти гены своему потомству. За миллионы лет и миллиарды поколений жизнь на Земле адаптировалась в процессе эволюции путем естественного отбора. Термин эволюционная история описывает этот кумулятивный и продолжающийся процесс адаптации и изменения свойств живых организмов (рис. 1.3). Живые организмы воплощают в себе свойства жизни.

За исключением вирусов, все живое на Земле способно поддерживать гомеостаз. Гомеостаз — это способность организма регулировать свою внутреннюю среду. В гомеостазе организм поддерживает постоянное состояние по отношению к внешней среде. Одним из примеров гомеостаза является то, как люди поддерживают стабильную температуру тела даже при изменении внешней температуры.

Клетка — наименьшая основная единица жизни, поддерживающая гомеостаз (рис. 1.4). Большинство живых организмов состоит как минимум из одной клетки. Организмы могут состоять из одной клетки, как бактерии или планктон, или они могут состоять из множества клеток, таких как растения и люди.Большинство клеток растений и животных размером от 1 до 100 микрометров видны только под микроскопом. У эукариотических организмов также есть мембраносвязанные структуры внутри своих клеток, называемые органеллами.

Вирус — это небольшой инфекционный паразит, который размножается внутри живых клеток другого организма (рис. 1.4 D). Вирусы обладают генетическим материалом (ДНК или РНК) и развиваются в результате естественного отбора. Однако вирусы не имеют клеточной структуры, не поддерживают гомеостаз и не могут воспроизводиться сами по себе.Поскольку вирусы не обладают способностью поддерживать гомеостаз и клеточной организацией, они не считаются клетками. Вирусы вместо этого называют частицами.

Частицы вируса заключены в белковую оболочку, называемую капсидом. Генетическая информация содержится внутри капсида и необходима для репликации вируса. Вирусы не могут воспроизводиться. Они должны использовать механизмы клетки-хозяина, чтобы производить белки, необходимые для новых вирусных частиц. Некоторые вирусы, называемые ретровирусами, содержат одну цепь РНК (вместо ДНК) и должны включать свой генетический материал в геном клетки-хозяина для воспроизводства.Иногда фрагменты вирусного генома остаются в геноме хозяина после заражения. Эти вирусы известны как эндогенные ретровирусы. Подсчитано, что геном среднего человека содержит около восьми процентов вирусного генетического материала.

Большинство вирусов небольшие, но некоторые вирусы относительно большие, с даже большим генетическим материалом, чем бактерии (которые имеют клеточную организацию). Мнения по-прежнему расходятся относительно того, действительно ли вирусы живы, и ученые продолжают спорить о том, следует ли признать вирусы живыми существами.Однако среди ученых нет сомнений в том, что вирусы являются важной частью микробной биоты и что вирусы обладают способностью поражать живые организмы на этой планете. Действительно, вирусы являются наиболее многочисленными организмами в океане и составляют большую часть генетического разнообразия. Морские вирусы играют важную роль в биогеохимическом круговороте океана и могут влиять на состав сообществ морских организмов.

Cell: Автономный блок

Большинство живых существ состоит из клеток, которые способны выполнять множество различных функций (рис.1.4 А, Б, В). Клетка определяется как основная единица организма, способная поддерживать гомеостаз. Один из способов понять клетки — сравнить их с комнатами в доме. Каждая клетка имеет внешнюю клеточную мембрану, которая отделяет ее от других клеток поблизости, так же как у комнаты есть стены, отделяющие ее от других комнат внутри дома. Большинство клеток содержат генетическую информацию для создания целого нового организма, а также содержат клеточные механизмы для воспроизводства.

Так же, как в некоторых домах есть только одна комната, некоторые организмы состоят только из одной клетки.Такие одноклеточные организмы называются одноклеточными или одноклеточными . Они, как правило, очень маленькие — часто видимые только в микроскоп. Термин микроб также используется для описания этих одноклеточных микроорганизмов.

Некоторые дома заполнены множеством комнат, а некоторые организмы состоят из множества клеток. Термин многоклеточный используется для описания организма, состоящего из множества клеток. В отличие от отдельного микроба, состоящего только из одной клетки, отдельный человек состоит из многих триллионов клеток.В дополнение к клеткам, из которых мы состоим, у людей также есть миллиарды микробов, обитающих на нашей коже и внутри наших тел.

Подробное исследование клеток и клеточной биологии можно найти в следующем разделе.

Вирусы живы? — Scientific American

Примечание редактора: эта статья была первоначально опубликована в декабрьском номере журнала Scientific American за 2004 год.

В эпизоде ​​классической телевизионной комедии 1950-х годов Молодожены водитель автобуса из Бруклина Ральф Крамден громко объясняет своей жене Алисе: «Вы знаете, что я знаю, как легко можно заразиться вирусом.«Полвека назад даже обычные люди, такие как Крамдены, имели некоторое представление о вирусах как о микроскопических переносчиках болезней. Тем не менее почти наверняка они не знали, что такое вирус. Они были и остаются не одиноки.

В течение примерно 100 лет научное сообщество неоднократно меняло свое коллективное мнение о том, что такое вирусы. Сначала рассматриваемые как яды, затем как формы жизни, затем как биологические химические вещества, вирусы сегодня считаются находящимися в серой зоне между живым и неживым: они не могут воспроизводиться сами по себе, но могут делать это в действительно живых клетках, а также могут влиять на поведение хозяев глубоко.Отнесение вирусов к категории неживых на протяжении большей части современной эры биологической науки имело непредвиденные последствия: это привело к тому, что большинство исследователей игнорировали вирусы при изучении эволюции. Однако, наконец, ученые начинают ценить вирусы как фундаментальных игроков в истории жизни.

Условия использования
Легко понять, почему вирусы так сложно отследить. Кажется, что они различаются в зависимости от линзы, применяемой для их изучения. Первоначальный интерес к вирусам возник из-за их связи с болезнями — слово «вирус» происходит от латинского термина «яд».В конце 19 века исследователи поняли, что некоторые заболевания, в том числе бешенство и ящур, вызываются частицами, которые, казалось, вели себя как бактерии, но были намного меньше. Поскольку они были явно биологическими и могли передаваться от одной жертвы к другой с очевидными биологическими эффектами, вирусы тогда считались простейшими из всех живых, генетически несущих форм жизни.

Их понижение до инертных химикатов произошло после 1935 года, когда Венделл М. Стэнли и его коллеги в том, что сейчас называется Рокфеллеровским университетом в Нью-Йорке, впервые кристаллизовали вирус — вирус табачной мозаики.Они увидели, что он состоит из комплекса сложных биохимических веществ. Но ему не хватало основных систем, необходимых для метаболических функций, биохимической жизнедеятельности. Стэнли разделил Нобелевскую премию 1946 года — по химии, а не по физиологии или медицине — за эту работу.

Дальнейшие исследования, проведенные Стэнли и другими, установили, что вирус состоит из нуклеиновых кислот (ДНК или РНК), заключенных в белковую оболочку, которая также может защищать вирусные белки, участвующие в инфекции. По такому описанию вирус больше похож на химический набор, чем на организм.Но когда вирус попадает в клетку (которая после заражения называется хозяином), он далеко не бездействует. Он сбрасывает свою оболочку, обнажает свои гены и побуждает собственный репликационный аппарат клетки воспроизводить ДНК или РНК нарушителя и производить больше вирусного белка на основе инструкций вирусной нуклеиновой кислоты. Вновь созданные вирусные биты собираются, и, вуаля, возникает новый вирус, который также может заразить другие клетки.

Такое поведение привело многих к мысли, что вирусы существуют на границе между химией и жизнью.Более поэтично, вирусологи Марк Х. В. ван Регенмортель из Страсбургского университета во Франции и Брайан У. Дж. Мэхи из Центров по контролю и профилактике заболеваний недавно заявили, что из-за своей зависимости от клеток-хозяев вирусы ведут «своего рода заимствованную жизнь». Интересно, что хотя биологи долгое время придерживались мнения, что вирусы — это просто коробки с химическими веществами, они воспользовались вирусной активностью в клетках-хозяевах, чтобы определить, как нуклеиновые кислоты кодируют белки: действительно, современная молекулярная биология опирается на информацию, полученную с помощью вирусов.

Молекулярные биологи продолжили кристаллизовать большинство основных компонентов клетки и сегодня привыкли думать о клеточных составляющих — например, о рибосомах, митохондриях, мембранах, ДНК и белках — как о химическом оборудовании или о том, что оборудование использует или производит . Это воздействие множества сложных химических структур, которые осуществляют жизненные процессы, вероятно, является причиной того, что большинство молекулярных биологов не тратят много времени на размышления о том, живы ли вирусы.Для них это упражнение может показаться равносильным размышлению о том, живы ли эти отдельные субклеточные компоненты сами по себе. Этот близорукий взгляд позволяет им видеть только то, как вирусы кооптируют клетки или вызывают заболевание. Более широкий вопрос о вирусном вкладе в историю жизни на Земле, о котором я вскоре расскажу, по большей части остается без ответа и даже без ответа.

Быть или не быть
Казалось бы, простой вопрос, живы ли вирусы, который часто задают мои студенты, вероятно, не давал простого ответа все эти годы, потому что он поднимает фундаментальный вопрос: что именно определяет «жизнь»? Точное научное определение жизни — вещь неуловимая, но большинство наблюдателей согласятся, что жизнь включает в себя определенные качества в дополнение к способности воспроизводить.Например, живое существо находится в состоянии, ограниченном рождением и смертью. Считается, что живые организмы также нуждаются в определенной степени биохимической автономии, выполняя метаболические процессы, которые производят молекулы и энергию, необходимые для поддержания организма. Этот уровень автономии важен для большинства определений.

Однако вирусы

паразитируют практически на всех биомолекулярных аспектах жизни. То есть они зависят от клетки-хозяина в качестве сырья и энергии, необходимых для синтеза нуклеиновых кислот, синтеза, обработки и транспорта белка и всех других биохимических действий, которые позволяют вирусу размножаться и распространяться.Тогда можно сделать вывод, что, хотя эти процессы находятся под вирусным контролем, вирусы — это просто неживые паразиты живых метаболических систем. Но может существовать спектр между тем, что действительно живо, и тем, что нет.

Камень не живой. Метаболически активный мешок, лишенный генетического материала и потенциала для размножения, тоже не живой. Но бактерия жива. Хотя это отдельная клетка, она может генерировать энергию и молекулы, необходимые для поддержания своей жизнедеятельности, и может воспроизводиться.Но как насчет семени? Семя нельзя считать живым. Тем не менее, у него есть потенциал для жизни, и он может быть уничтожен. В этом отношении вирусы больше напоминают семена, чем живые клетки. У них есть определенный потенциал, который можно подавить, но они не достигают более автономного состояния жизни.

Другой способ думать о жизни — это возникающее свойство совокупности определенных неживых вещей. И жизнь, и сознание являются примерами возникающих сложных систем. Каждый из них требует критического уровня сложности или взаимодействия для достижения своих состояний.Сам по себе нейрон или даже сеть нервов не обладает сознанием — необходима сложность всего мозга. И все же даже неповрежденный человеческий мозг может быть биологически живым, но неспособным к сознанию, или «мертвым мозгом». Точно так же ни клеточные, ни вирусные отдельные гены или белки сами по себе не являются живыми. Энуклеированная клетка сродни состоянию безумной смерти в том смысле, что у нее отсутствует полная критическая сложность. Вирусу тоже не удается достичь критической сложности. Таким образом, сама жизнь — это возникающее, сложное состояние, но оно состоит из тех же фундаментальных физических строительных блоков, которые составляют вирус.С этой точки зрения вирусы, хотя и не полностью живые, можно рассматривать как нечто большее, чем просто инертную материю: они граничат с жизнью.

Фактически, в октябре французские исследователи объявили о находках, которые заново демонстрируют, насколько близко могут подойти некоторые вирусы. Дидье Рауль и его коллеги из Университета Средиземноморья в Марселе объявили, что они секвенировали геном самого крупного известного вируса, мимивируса, который был открыт в 1992 году. Вирус размером примерно с небольшую бактерию заражает амебы.Анализ последовательности вируса выявил многочисленные гены, которые ранее считались существующими только в клеточных организмах. Некоторые из этих генов участвуют в создании белков, кодируемых вирусной ДНК, и могут облегчить Мимивирусу кооптировать системы репликации клетки-хозяина. Как отметила исследовательская группа в своем отчете в журнале Science , огромная сложность генетического дополнения мимивируса «бросает вызов установленной границе между вирусами и паразитическими клеточными организмами».

Влияние на эволюцию
Споры о том, следует ли маркировать вирусы как живые, естественным образом приводят к другому вопросу: является ли размышление о статусе вирусов как живых или неживых более чем философским упражнением, основой оживленных и горячих риторических дебатов, но с небольшими реальными последствиями? Я думаю, что проблема важна, потому что то, как ученые рассматривают этот вопрос, влияет на их представления о механизмах эволюции.

Вирусы имеют свою древнюю эволюционную историю, восходящую к самому происхождению клеточной жизни. Например, некоторые вирусные ферменты репарации, которые вырезают и повторно синтезируют поврежденную ДНК, устраняют повреждения кислородными радикалами и т. Д., Являются уникальными для определенных вирусов и существуют почти без изменений, вероятно, в течение миллиардов лет.

Тем не менее, большинство биологов-эволюционистов считают, что, поскольку вирусы не живы, они не заслуживают серьезного рассмотрения при попытке понять эволюцию.Они также считают, что вирусы происходят от генов хозяина, которые каким-то образом ускользнули от хозяина и приобрели белковую оболочку. С этой точки зрения вирусы — это беглые гены-хозяева, которые переродились в паразитов. А поскольку вирусы, таким образом, исключены из паутины жизни, важный вклад, который они, возможно, внесли в происхождение видов и поддержание жизни, может остаться нераспознанным. (Действительно, только четыре из 1205 страниц тома «Энциклопедия эволюции » 2002 года посвящены вирусам.)

Конечно, биологи-эволюционисты не отрицают, что вирусы сыграли определенную роль в эволюции.Но, рассматривая вирусы как неодушевленные, эти исследователи относят их к той же категории влияний, что и, скажем, изменение климата. Такое внешнее влияние отбирает людей, имеющих различные генетически контролируемые черты; те люди, которые наиболее способны выжить и процветать, столкнувшись с этими проблемами, продолжают наиболее успешно воспроизводиться и, следовательно, передают свои гены будущим поколениям.

Но вирусы напрямую обмениваются генетической информацией с живыми организмами, то есть внутри самой сети жизни.Возможный сюрприз для большинства врачей и, возможно, для большинства эволюционных биологов в том, что большинство известных вирусов устойчивы и безвредны, а не патогенны. Они поселяются в клетках, где они могут оставаться в состоянии покоя в течение длительных периодов времени или использовать аппарат репликации клеток для воспроизводства с медленной и устойчивой скоростью. Эти вирусы разработали множество хитроумных способов избежать обнаружения иммунной системой хозяина — практически каждый шаг в иммунном процессе может изменяться или контролироваться различными генами, обнаруженными в том или ином вирусе.

Кроме того, вирусный геном (полный набор ДНК или РНК) может постоянно колонизировать своего хозяина, добавляя вирусные гены к линиям хозяина и в конечном итоге становясь важной частью генома вида хозяина. Таким образом, вирусы, несомненно, оказывают более быстрое и прямое воздействие, чем воздействие внешних сил, которые просто выбирают среди более медленно генерируемых внутренних генетических вариаций. Огромная популяция вирусов в сочетании с их быстрыми темпами репликации и мутации делает их ведущим мировым источником генетических инноваций: они постоянно «изобретают» новые гены.А уникальные гены вирусного происхождения могут путешествовать, проникая в другие организмы и внося свой вклад в эволюционные изменения.

Данные, опубликованные Международным консорциумом по секвенированию генома человека, показывают, что от 113 до 223 генов, присутствующих в бактериях и геноме человека, отсутствуют в хорошо изученных организмах, таких как дрожжи Saccharomyces cerevisiae , плодовая мушка Drosophila melanogaster и нематода Caenorhabditis elegans — которые находятся между этими двумя эволюционными крайностями.Некоторые исследователи считали, что эти организмы, возникшие после бактерий, но до позвоночных, просто потеряли рассматриваемые гены в какой-то момент своей эволюционной истории. Другие предположили, что эти гены были переданы непосредственно человеческому роду через вторжение бактерий.

Мой коллега Виктор ДеФилиппис из Института вакцины и генной терапии Орегонского университета здравоохранения и науки и я предложили третью альтернативу: вирусы могут порождать гены, а затем колонизировать две разные линии — например, бактерии и позвоночные.Ген, очевидно переданный человечеству бактериями, мог быть передан им обоим вирусом.

Фактически, вместе с другими исследователями Филип Белл из Университета Маккуори в Сиднее, Австралия, и я утверждаем, что ядро ​​клетки имеет вирусное происхождение. Появление ядра, которое отличает эукариот (организмы, клетки которых содержат истинное ядро), включая людей, от прокариот, таких как бактерии, нельзя удовлетворительно объяснить только постепенной адаптацией прокариотических клеток до тех пор, пока они не станут эукариотами.Скорее, ядро ​​могло развиться из персистирующего большого ДНК-вируса, который поселился в прокариотах. Некоторая поддержка этой идеи исходит из данных последовательностей, показывающих, что ген ДНК-полимеразы (фермент, копирующий ДНК) в вирусе под названием T4, который заражает бактерии, тесно связан с другими генами ДНК-полимеразы как у эукариот, так и у вирусов, которые их заражают. Патрик Фортерр из Университета Париж-Юг также проанализировал ферменты, ответственные за репликацию ДНК, и пришел к выводу, что гены таких ферментов у эукариот, вероятно, имеют вирусное происхождение.

От одноклеточных организмов до человеческих популяций вирусы влияют на все живое на Земле, часто определяя то, что выживет. Но сами вирусы тоже развиваются. Новые вирусы, такие как вызывающий СПИД ВИЧ-1, могут быть единственными биологическими объектами, которые исследователи могут действительно наблюдать, что дает пример эволюции в действии в реальном времени.

Вирусы имеют значение для жизни.