клеточных организмов, которые, будучи отдель-Выми особями, отграничены от окружающей ореды покровными Тканями.

Многообразие различных метаболических реакций делает необходимым разграничение пространств, в которых они происходят (компартментализацию). Так, уже в клетке присутст* рее внутренних мембран ведет к обособлению различных орга10 Введение

Введение II

нелл: структурная сложность живого начинается с макромолекул, продолжается на уровне таких структур, как мембраны и органеллы, а далее клетки и — у многоклеточных организмов — ткани, органы, системы органов, вплоть до целых организмов (особей). В конце концов, на надорганизменном уровне, она приводит к образованию сложных сообществ организмов (биоценозов), в основе которых лежат многообразные взаимодействия и взаимозависимости между особями одного вида и разных видов.

Процессы обмена веществ регулируются с помощью особого биологического катализа (катализаторами служат белки). Для сохранения живой системы важно, чтобы в процессе ее метаболизма синтезировались не любые макромолекулы (и обычные молекулы), а все время одни и те же. Это стало возможным благодаря удивительному изобретению природы — матрицам, которые состоят из нуклеиновой кислоты и представляют собой «чертежи» для синтеза видоспецифических молекул, т. е. содержат информацию а структуре этих молекул. Таким образом, матрицы служат для воспроизведения системы. Сама матрица (в отличие от всех других молекул) обладает способностью к идентичному самоудвоению (репликации) и тем самым обеспечивает способность к самовоспроизведению всей живой системы. Превышение синтеза молекул над их распадом приводит к росту, а затем, когда части организма отделяются от него,—к размножению. Так как матрица реплицируется идентично, размножение связано с наследованием специфических для системы признаков. Размножение необходимо для того, чтобы поддерживать существование систем данного типа: оно позволяет компенсировать или даже с избытком покрывать потерн, приносимые разрушением (смертью) живых систем. У сложных (многоклеточных) организмов отделяющиеся при размножении части, как правило, малы (это одиночные клетки). Постепенно изменяясь в процессе индивидуального развития, они превращаются в новые, полностью сформированные системы того же типа.

Для поддержания неизменности живых систем даже в меняющихся условиях внешней среды необходимо внутреннее регулирование самых различных процессов, которое приводит к взаимной подстройке этих процессов и их подчинению единому порядку. Использование принципа обратной связи позволило создать кибернетические регулирующие системы для поддержания постоянства параметров внутренней, а иногда и внешней, среды (гомеостаза). Во всякой живой клепке, например, такие системы .построены на химической основе, в целом животном организме — на нервной основе, а в сообществах организмов — на основе многообразных внутривидовых и межвидовых взаимодействий. Все эти системы способны к саморегуляции и являются самоорганизующимися системами высокой функциональной сложности.

Для жизни необходимо также целесообразное, т. е. способствующее сохранению системы, реагирование на воздействия внешней среды. Поэтому к признакам систем откосятся также способность отвечать на раздражение (раздражимость) и способность к движению. Приспособляемость к внешней среде в больших масштабах времени основана на наследственной изменчивости организмов, т. е. на свойстве, противоположном способности к идентичному самовоспроизведению. Случайные ошибки при репликации матрицы делают возможным отбор, которому подвергаются измененные системы. Отбор — это оптимизирующее влияние внешней среды, он привел к образованию бесчисленных видов организмов из одного-единственного типа доисторической живой системы; это фактор позитивной эволюции организмов, их эволюционного изменения, при котором они всё лучше приспосабливаются к внешней среде, изменяющейся в ходе истории Земли.

Происхождение всех земных существ от общего корня подтверждается далеко идущими совпадениями в их самых фундаментальных особенностях. Это относится и к структурным признакам, например к строению определенных молекул нуклеиновых кислот или строению клетки, и к функциональным признакам, таким как общность путей метаболизма или единство генетического кода. Но надо помнить, что даже первые живые системы, возникшие из неживого, были уже 'Продуктом какого-то развития.

Хотя все современные живые системы нашей планеты в результате миллиардов лет эволюции произошли из неживого, они резко отличаются от объектов физики — неживых систем. Это отличие состоит не в присутствии каких-то неуловимых метафизических свойств —все законы физики верны и для живого, — а в высокой структурной и функциональной сложности живых систем. Эта особенность включает все названные выше признаки и делает состояние жизни качественно новым свойством материи. Живые системы представляют собой особую ступень развития (форму движения) материи.

Уже своим характерным химическим составом (нуклеиновые кислоты и белки) земные организмы достаточно четко отграничены от неживого.- Пограничное в некотором смысле положение занимают вирусы, происходящие от частей живых систем и состоящие из нуклеиновых кислот и белков, но не являющиеся живыми. Они способны размножаться только с помощью хозяина, проникнув в него и используя его метаболический аппарат. Исходя из этого, можно дать такое определение живого: живыми называются такие системы, которые обладают нуклеиновыми кислотами и белками и способны сами син12 Введение

Введение 13

тезировать эти вещества. Это определение неприложимо к древнейшим ступеням возникновения жизни, а также к существующим, возможно, внеземным живым системам, которые могут быть устроены инач«.

Другое определение основано на способности живых систем к разделению энтропии. Согласно второму закону термодинамики, IB природе в целом и в каждой изолированной системе энтропия всегда увеличивается, а так как величина энтропии характеризует степень неупорядоченности, упорядоченность всегда уменьшается. Но живые системы, расходуя энергию, не только поддерживают присущее им состояние упорядоченности — степень организованности, но и еще увеличивают его, например при росте. Это означает, что в живых организмах энтропия уменьшается. И все же второй закон термодинамики остается верным, так как в результате жизнедеятельности организма в окружающей его среде прирост энтропии оказывается больше, чем ее уменьшение внутри организма (это и есть разделение энтропии). Ведь живые существа — не изолированные, а открытые системы.

Это позволяет сформулировать определение живого следующим образом: живыми называются такие системы, которые способны самостоятельно поддерживать и увеличивать свою очень высокую степень упорядоченности в среде с меньшей степенью упорядоченности.

Подразделение биологии на отдельные науки можно проводить ло-разному. По предмету науки выделяют микробиологию, ботанику и зоологию.

Частная микробиология, ботаника или зоология занимается множеством отдельных видов и естественной системой их родства (систематика, или таксономия). Общая микробиология, ботаника или зоология по возможности абстрагируется от видовых особенностей организмов; главные ветви этих наук — морфология, изучающая структуру, и физиология, занимающаяся функциями организмов (физиология обмена веществ, роста, развития, движения, органов чувств). Генетика (учение о наследственности) вначале была ветвью физиологии развития, но сейчас в значительной мере приобрела самостоятельность.

В самых разных областях биологии (в таксономии, морфологии, физиологии, генетике и др.) все возрастает значение постраничных дисциплин, связывающих биологию с соседними науками, — биохимии и биофизики.

По изучаемому структурному уровню живого различают молекулярную биологию, затем учение о клетке, или цитологию (она включает цитоморфологию, цитофизяологию, цитогенети-ку и цитохимию), учение о тканях, или гистологию, учение об органах, или органологию (органографию и физиологию органов), организменную биологию (к ней относится, например, учение о поведении _ этология) и надорганизменную биологию. Ветви надорган.изменной биологии изучают распространение организмов (биогеография) и их взаимоотношения с внешней средой (экология). На самом низшем (молекулярная биология) и самом высшем (экология) уровнях этой системы наук границы между структурой и функцией, морфологией и физиологией стираю,тся rj

По преобладаЮщИМ методам можно различать описательную (например морфологию), экспериментальную (например, физиологию) й теоретическую биологию.

КРАТКИЙ ИСТОРИЧЕСКИЙ ОЧЕРК ПРОБЛЕМЫ ЖИЗНИ

Издавна существуют две противоположные точки зрения в оценке явления жизни. Представители механицизма отвергают всякое противопоставление живого и неживого, исходя при этом из того, что биологические явления полностью объяснимы физико-химическими закономерностями. Витализм отрицает сводимость процессов жизни к физике и химии и полагает, что в живых существах присутствуют особые, отличные от физико-химических жизненные факторы, которые и придают живым организмам их целостность, упорядоченность и способность стремиться к определенным целям.

МЕХАНИЦИЗМ

Согласно Берталанфи, понятие «механицизм» используется для характеристики гносеологической точки зрения на проблему живого по меньшей мере в четырех различных смыслах}

1. Собственно механицизм. Попытки объяснить жизнь, исходят только из принципов ньютоновской механики. В таком смысле это слово теперь больше не употребляется.

2. Механицизм как машинная теория. Взгляд на 'жизненные процессы как на сумму изолированных физических или химических процессов, которые протекают на статичных, раз навсегда установленных структурах. Сегодня эту теорию никто больше не принимает всерьез. Она восходит к Декарту (1596—1650). Достигла наивысшего развития и завершения у иатрофизиков (Борелли, Перро и др., 17-й век).

3. Механицизм как физикализм. Объяснение жизненных процессов на основе только физики и химии.

4. М