Глава 15. Филогенетика живых систем

Теоретический обзор

В результате миллиардов лет эволюции на Земле из неживой материи произошла качественно новая материя со свойством «жизнь». Ни одно из органических веществ, выделенных из живых организмов или синтезированных in vitro, не проявляет свойства живого. Не существует изолированных «живых веществ». Организованное взаимодействие органических и неорганических веществ порождает живую материю.

«По крайней мере часть жизни — это химия», — определил немецкий химик и врач по образованию Фридрих Вёлер в 1828 г., когда ему удалось синтезировать мочевину из хлорида аммония и цианида серебра, объединив, таким образом, химию и биологию. Живые организмы избирательно поглощают из окружающей среды элементарные химические элементы. Основную долю массы человека составляют следующие макроэлементы: кислород (65%), углерод (18%), водород (10%) и азот (3%). К макроэлементам также относят: кальций (1,7%), фосфор (1,25%), калий (0,25%), серу (0,3%), натрий (0,2%), хлор (0,2%), магний (0,05%). Среди микроэлементов, содержание которых в организме человека находится в пределах от 0,01 до 0,00001%, различают жизненно необходимые (V, Fe, I, Co, Si, Li, Ni, Mn, Cu, Mo, As, Se, F, Cr, Zn), условно жизненно необходимые (B, Br, Cd, Pb, Sr, Ti) и группу токсичных и малоизученных элементов (Al, Ba, Be, Ga, Ge, Bi, Sn, Ra, Ag, Sc, Rb, Th, U, Cs, Zr). Биогенные макро- и микроэлементы используются для синтеза неорганических [H₂O, NO, CO, HCl, NaCl, H₂CO₃, NH₃, Ca₃(PO₄)₂] и органических (нуклеиновые кислоты, белки, углеводы, липиды, витамины) химических соеди­нений.

К общепринятым признакам живой материи относят нижеприведённые свойства.

Размножение и эволюция. Все живые организмы способны размножаться и оставлять потомство. При этом наследственность (передавать признаки от родителей к потомкам), изменчивость (потомки отличаются от своих родителей) и отбор (дифференциальная селекция потомков с лучшими признаками) являются определяющими факторами.

Обмен веществ. Синтез и распад неорганических и органических веществ происходят в равновесии с окружающей средой (потребление внешних источников энергии и выделение продуктов обмена).

Движение. Внутриклеточное перемещение неорганических и органических химических соединений, органелл и цитоплазмы, миграция клеток, целого организма.

Раздражимость. Специфическая реакция на свет, звук, температуру, механическое воздействие.

Гомеостаз. Обеспечение постоянства внутренней среды, например содержания кальция, глюкозы, поддержания кровяного давления, температуры тела и др.

Смерть. Научная биология должна рассматривать жизнь в единстве с её противоположностью — смертью. Это прекращение жизнедеятельности организма, гибель его как обособленной целостной системы. Смерть — неизбежный результат старения, необратимых изменений в организме, делающих невозможным его дальнейшее существование. У многоклеточных она сопровождается образованием мёртвого тела, у одноклеточных — ­делением особи и появлением вместо неё двух новых. Клеточные механизмы смерти включают в себя: высокую устойчивость к деградации молекулы ДНК; естественный распад РНК и период полужизни белков; запрограммированную гибель клеток (апоптоз).

Уровни организации живой природы. В зависимости от сложности организации различают следу­ющие иерархические уровни живой материи:

• биосферный;
• биогеоценотический (экологическая система);
• популяционно-видовой (особи одного вида в определённом месте);
• организменный;
• органный;
• структурно-функциональный (морфофункциональная единица);
• тканевой;
• клеточный;
• компартментный (локализация биохимических процессов билипидной мембраной);
• молекулярный;
• атомарный.