ЖИЗНЬ

ЖИЗНЬ — одна из высших форм движения и организации материи. На Земле жизнь возникла как результат эволюции углеродистых соединений и представлена разнообразными организмами — индивидуальными целостными системами, обладающими определенной сложной структурой и обменом веществ, определенным порядком взаимосогласованных биохим, реакций.

Тысячелетняя история познания сущности Ж. всегда была ареной идеологической борьбы между материализмом и идеализмом, наукой и религией. Трудность научного решения проблемы Ж. явилась предпосылкой того, что религия и идеализм нашли здесь наиболее прочное убежище. Религиозной концепции о божественном характере творения живых существ соответствуют идеалистические воззрения витализма (см.) и др. В основе всех этих учений, несмотря на их многообразие, лежит одна идея — Ж. по своей природе нематериальна и является результатом одушевления материи «жизненной силой». Материя, являясь безжизненной и косной, служит лишь материалом, из к-рого душа (или дух) создает живые существа, целенаправленно управляет их жизненными процессами. Само течение жизненных процессов тем не менее подчиняется фиксированным законам, не связанным с непосредственными и экстраординарными вмешательствами трансцендентальных (сверхъестественных) сил. Поэтому изучение этих процессов возможно объективными методами исследования, но это изучение недостаточно для понимания самой сущности Ж., т. к. в пределах указанных законов все явления Ж. и все ее развитие предопределено заранее установленным планом, который заложен в материю богом при самом возникновении Ж.

Материалисты первичной считают материю, т. е. ту объективную реальность, к-рую можно непосредственно наблюдать и опытным путем изучать. С этих позиций Ж., как и весь остальной мир, материальна по своей природе и для ее понимания нет необходимости в признании какого-либо непостижимого опытным путем духовного начала.

С позиций диалектического материализма возникновение Ж. рассматривается как естественный, материальный процесс, как закономерный этап в развитии материи, как особая ступень развития в преемственности форм движения материи.

Материя находится в постоянном движении, являющемся в отношении материи не чем-то внешним, а необходимо связанным с самой ее сущностью. При этом движение материи нельзя рассматривать только лишь как перемещение материальных тел в пространстве; многочисленным объектам реальной действительности присущи и другие, более сложные формы движения, возникающие в процессе развития материи как ее новые качества. Этот процесс развития имеет поступательный характер, направлен к возникновению все более высоких форм движения материи, наблюдается повсюду в окружающем нас мире. Возникающие новые качества материальных объектов вполне реальны, но они не предсуществовали до своего возникновения в каком-то скрытом виде, они действительно появляются заново только на данном этапе развития материи, как более сложные, многообразные и более дифференцированные формы движения. При возникновении у материи новых качеств прежние формы движения не исчезают, но как бы отходят на задний план. Их значение для последующего развития качественно новых объектов становится относительно малым по сравнению со значением новых форм движения. Дальнейшая судьба качественно новых природных тел определяется в основном уже их особыми свойствами и новыми объективными закономерностями, которые нельзя свести путем простого анализа к прежним более примитивным формам.

Рациональное познание новых форм может быть достигнуто только на пути изучения тех новых качеств, которые возникают в ходе исторического развития материи. Поэтому с позиций диалектического материализма задача познания Ж. формулируется иначе, чем с позиций механицизма. Если для механицистов она сводится к объяснению Ж. только законами физики и химии, то для представителей диалектического материализма главное для познания Ж.— это установление ее качественного отличия от других форм движения материи.

Ф. Энгельс дал следующее определение жизни: «Жизнь есть способ существования белковых тел, и этот способ существования заключается по своему существу в постоянном обновлении их химических составных частей путем питания и выделения» (Ф. Энгельс, Анти-Дюринг, 1969, ст. 350). Т. о., Энгельс охарактеризовал белковые тела как материальные носители Ж., а обмен веществ — как их основную функцию, из к-рой выводятся все остальные признаки жизни. Вместе с тем Ф. Энгельс сделал следующую оговорку: «Наша дефиниция жизни, разумеется, весьма недостаточна, поскольку она далека от того, чтобы охватить все явления жизни, а, напротив, ограничивается самыми общими и самыми простыми среди них... Чтобы получить действительно исчерпывающее представление о жизни, нам пришлось бы проследить все формы ее проявления, от самой низшей до наивысшей» (там же, стр. 80).

Только изучение всех новых качеств материи, последовательно возникших в процессе ее исторического развития — от неорганических форм движения к биологическим, и их последующей эволюции может дать рациональный ответ на вопрос о том, почему эти качества возникли и почему они именно такие, какие наблюдаются сейчас.

Представителям механического материализма не удалось разрешить проблему происхождения жизни. Поэтому одни из них утверждали, что Ж. на Земле вообще никогда не возникала, а была занесена из других миров, где она существует вечно. Другие считали, что возникновение Ж. явилось какой-то неповторимой «счастливой случайностью», к-рая могла произойти только один раз за все время существования Земли, и поэтому не может быть воспроизведена в опыте.

Только диалектико-материалистический подход, рассматривающий Ж. как одну из форм движения материи, возникшую в процессе ее эволюции, позволяет разрешить проблему сущности Ж.

Мир, окружающий человека, непрерывно изменяется, эволюционирует. Этот процесс развития имеет поступательный характер и приводит к возникновению все новых, все более сложных, многообразных и более дифференцированных форм реальной действительности. Вместе с тем он не может осуществляться одновременно и одинаково повсюду. Поэтому в масштабах Вселенной на различных ее объектах эволюционное развитие материи осуществляется различными путями и различными темпами, что схематически можно представить в виде пучка различных путей, отдельные ветви которых могут приводить к очень сложным и совершенным формам организации и движения материи, о многих из которых еще ничего не известно, а в ряде случаев мы даже и не подозреваем об их существовании.

Вместе с тем известна Ж. только в единственном варианте — только земная Ж. и только от нее нужно исходить в своих представлениях о других возможных формах биол, организации материи. Поэтому Земля и происходившие на ней события должны до известной степени служить моделью для более широких обобщений о возможных формах Ж. на других объектах Вселенной.

На Земле Ж. возникла как результат прогрессивного развития углеродистых соединений, органических веществ и формировавшихся из них надмолекулярных систем. Начальные стадии этой эволюции носили абиотический характер и до сих пор являются широко распространенными в космосе.

Радиоастрономические исследования различных областей межзвездного пространства указывают на наличие в них разнообразных углеродистых соединений: формальдегида, цианидов, цианоацетилена и др. Несомненно, что в межзвездных пылевых облаках, сильно радиируемых звездными излучениями, образуются и более сложные органические молекулы.

Имеются данные, позволяющие считать, что атмосфера звезд, скопления пылевой материи, кометные сгустки и межзвездное пространство содержат большое количество углерода и его соединений, т. е. абиотических органических веществ, которые могут обеспечить хим. эволюцию на пути формирования Ж.

Существующие представления о возникновении Солнечной системы показывают, что космические органические вещества должны были войти в состав Земли уже при самом ее возникновении. Часть из них улетучилась в мировое пространство, часть подверглась распаду при последующем локальном разогревании Земли. Но наряду с этим разложением, при формировании земной коры, гидросферы и атмосферы происходил и каталитический синтез все более сложных органических веществ.

Т. о., уже с момента образования Земли на ее поверхности должны были появиться разнообразные органические вещества, которые подвергались дальнейшим изменениям и усложнениям, составившим в совокупности хим. стадию эволюции материи на пути к возникновению Ж.

Проведено большое число лабораторных опытов, имитирующих условия, существовавшие на поверхности еще безжизненной Земли. Эти опыты убедительно показывают, что в недрах земной коры, в атмосфере и гидросфере должно было происходить образование многих органических веществ, в частности аминокислот, пуриновых и пиримидиновых оснований, рибозы и дезоксирибозы, т. е. хим. соединений, играющих первостепенную роль в метаболизме современных организмов.

Важно, что в таких условиях возможно возникновение не только перечисленных выше мономеров, но и их полимеров — полипептидов и полинуклеотидов. Фокс (S. W. Fox, 1960), имитируя вулканические условия, получил белковоподобные высокомолекулярные «протеиноиды», обладающие внутримолекулярной упорядоченностью, повторяющейся последовательностью аминокислотных остатков и незначительной энзиматической активностью.

Синтез таких веществ может идти уже на чисто каталитической основе, но особенно успешно за счет энергии естественных источников, имеющихся на поверхности Земли,— электрических разрядов, ионизирующей радиации, тепла вулканических извержений, а также коротковолнового ультрафиолетового излучения, легко проникающего через атмосферу того времени, лишенную озонового экрана. Одновременно должен был происходить не только синтез, но и распад сложных органических веществ, причем в соответствии с законами термодинамики этот процесс должен преобладать. Расчет термодинамического равновесия, к-рое должно было бы наступить на поверхности первичного океана, подвергающегося длительному воздействию коротковолнового ультрафиолетового излучения, показывает, что при наступлении термодинамического равновесия здесь могло сохраниться лишь ничтожное количество органических веществ. Однако в природных условиях на поверхности Земли не могло наступить термодинамическое равновесие, т. к. происходило непрерывное перемещение веществ, синтезированных в одном месте, в другие условия. На основании большого геол. материала можно следующим образом представить картину земной поверхности периода зарождения Ж. на Земле. Сильно выровненная суша лишь незначительно подымалась над уровнем мелководных морей. Менялось соотношение воды и суши; воды, пропитывающие земной грунт, то наступали, то отступали, непрерывно перемещая растворенные в них вещества из мест их образования в места накопления, защищенные от разлагающего действия ультрафиолетового излучения или другого аналогичного воздействия. Произошло дальнейшее усложнение органических молекул с последующим переходом от хим. фазы эволюции к ее биол, этапу. Этот переход был связан с последовательным возникновением основных характерных для всего живого свойств: 1) способности преодолевать нарастание энтропии; 2) так наз. целесообразности организации, приспособленности к существованию в данных условиях окружающей среды, а также приспособленности всех частей организма (молекул, клеток и органов) к выполняемым в жизненном процессе функциям; 3) способности к сохранению и передаче наследственной информации, основанной на внутримолекулярной организации высокомолекулярных соединений (нуклеиновый код).

Первый вопрос, встающий на пути решения проблемы перехода хим. эволюции в биол., сводится к тому, как мог возникнуть характерный для Ж. порядок из беспорядочного хаотического теплового движения органических молекул в «первичном бульоне». На первый взгляд кажется, что такого рода событие вообще невозможно, т. к. оно противоречит второму закону термодинамики, по к-рому система, состоящая из большого количества хаотически движущихся частиц, характеризуется тенденцией к самопроизвольному переходу из состояний менее вероятных в более вероятные. Однако это противоречие может считаться преодоленным на основании учения об открытых системах, термодинамика которых существенно отличается от классической термодинамики (см.).

В открытых системах непрерывно происходит поступление веществ и связанной с ними энергии из окружающей среды в отграниченную от нее тем или иным путем систему и удаление из системы возникающих в ней хим. соединений обратно. Поэтому постоянство свойств такой открытой системы во времени характеризуется не термодинамическим равновесием (как это наблюдается в замкнутых системах), а появлением стационарного состояния, при к-ром соблюдается постоянство скоростей односторонне протекающих хим. изменений и диффузия веществ в системе, обеспечиваемые поступлением свободной энергии извне.

Для возникновения открытых систем прежде всего необходимо наличие многофазности, выделение из исходного однородного р-ра обособившихся от окружающей среды определенной поверхностью раздела индивидуальных многомолекулярных образований. Это явление чрезвычайно распространено в природе, наблюдается при лабораторных опытах, в особенности при работе с высокомолекулярными органическими веществами. Нет сомнения, что такого рода процессы в грандиозных масштабах неоднократно происходили и на поверхности безжизненной Земли в местах концентрации органических полимеров — в так наз. субвитальных территориях. Таким путем здесь возникали предшественники живых систем — «пробионты».

За их образованием и дальнейшей эволюцией можно следить на основании модельных опытов с разнообразными открытыми системами, в частности с коацерватными каплями. Эти капли легко выделяются из р-ров высокомолекулярных органических веществ, причем ранее равномерно распределенные в р-ре молекулы объединяются в целые Молекулярные рои, образующие видимые под микроскопом капли, отграниченные от окружающей их среды (р-ра) отчетливо выраженной поверхностью раздела, но способные взаимодействовать с этой средой по типу открытых систем. Модельные опыты показывают, что в таких системах могут совершаться разнообразные хим. превращения. Капли поглощают из окружающей среды присутствующие в ней вещества (в частности, макроэргические) и превращают их в полимеры своего тела. За счет этого капли могут увеличиваться в объеме и весе — расти как индивидуальные образования; скорость роста зависит от внутренней организации данной капли, в частности от наличия в ней каталитически действующих веществ и гармоничного сочетания их действия. Поэтому капли с различными наборами катализаторов, находящиеся в одинаковом р-ре, ведут себя по-разному. Одни из них растут быстро, тогда как рост других замедлен и угнетен; может происходить даже их полный распад. Т. о., модельные опыты показывают возможность примитивного отбора капель в зависимости от их взаимодействия с окружающей средой.

В природных условиях на определенной стадии эволюции в тех или иных «субвитальных территориях» примитивный естественный отбор пробионтов должен был возникнуть аналогичным образом.

Высказывается мнение, согласно к-рому для исходного образования живых систем необходимо, чтобы в водном р-ре земной гидросферы первоначально (еще на молекулярном уровне) возникли внутренне организованные и целесообразно построенные белковые вещества и нуклеиновые к-ты. Самосборка их молекул будто бы и привела к формированию первичных организмов, наподобие того как машина монтируется из заранее изготовленных деталей. Конечно, такого рода представление является отголоском прежних механистических взглядов, уподобляющих организм механизму. Приспособленность деталей к работе в целостной машине обусловливается тем, что они изготовляются согласно заранее предусмотренному плану или чертежу. При возникновении живых существ нельзя признавать предсуществование какого-то «плана творения», но тогда совершенно непонятно, как могли возникнуть в «первичном бульоне» молекулы белков или нуклеиновых к-т, обладающие внутримолекулярным строением не только строго определенным и совершенным, но и приспособленным к осуществлению тех функций, которые они будут выполнять в образовавшейся из них целостной живой системе.

Известно, что уже в примитивных абиогенных условиях могли образовываться высокомолекулярные полипептиды, обладавшие известной внутримолекулярной структурой (последовательностью аминокислотных остатков) и нек-рой энзиматической активностью. Однако эта активность сама по себе еще не несет никакой целесообразности, т. к. для самого белка она не имеет никакого значения. Такая целесообразность приобретается в целостной системе (в пробионте) и лишь в том только случае, когда катализируемая данным белком реакция является важным звеном в прогрессирующем обмене веществ пробионта, обусловливавшем динамическую устойчивость и быстрый рост всей целостной системы.

Возникавшие в различных «субвитальных территориях» пробионты могли быть образованы из полимеров (в частности, белковоподобных веществ), не обладавших какой-либо закономерной внутримолекулярной структурой. Как по своему хим. составу, так и по принципу своей пространственной организации они должны были сильно различаться между собой. Но только те из них, которые обладали динамической устойчивостью, могли не только длительно сохраняться в данных условиях, но и разрастаться, а затем дробиться на дочерние образования под воздействием внешних механических факторов.

Т. о., уже на этой стадии эволюции осуществляется естественный отбор пробионтов, в первоначальном дарвиновском понимании этого термина, как выживание систем наиболее приспособленных к условиям окружающей среды. Сохранность, известное постоянство организации этих систем могли на этом этапе базироваться только на динамических основах, на совершенствовании взаимосогласованности совершавшихся в системе метаболических реакций. Поэтому белковые вещества, обладавшие каталитическими функциями, играли решающую роль.

На основании новейших экспериментальных данных можно теоретически представить возникновение чисто белковых эволюционирующих пробионтов. Однако в такого рода системах воспроизведение белков было несовершенно и легко нарушалось.

В противоположность белкам нуклеиновые к-ты не несут каталитических функций, но они обладают способностью к весьма совершенному воспроизведению.

Исключительно важное преимущество, с эволюционной точки зрения, получили те пробионты, которые включали в себя не только целесообразно построенные белковоподобные полимеры, но и способные к молекулярному воспроизводству полинуклеотиды, что обусловило весьма совершенную передачу свойств от предков к потомкам. Уже при простом смешивании неорганизованных полипептидов и полинуклеотидов (еще не несущих никакой генетической информации) происходит объединение этих веществ в фазовообособленные образования. В них и должно было произойти взаимодействие первоначально независимых белков и нуклеиновых к-т и последующая эволюция так наз. генетического кода, определившего в дальнейшем сохранение и совершенную передачу наследственной информации.

Возникновение приспособленности внутримолекулярного строения белков и нуклеиновых к-т к выполняемым ими в организме функциям и совершенствование этой приспособленности могло происходить только на основании естественного отбора. Но этому отбору подвергались не те или иные способные к репликации полинуклеотиды и даже не возникавшие под их влиянием целесообразно построенные белки-ферменты, а целостные эволюционирующие системы — пробионты и возникавшие из них живые существа. Следовательно, не части определили организацию целого, а целое в своем развитии создало целесообразность строения частей.

По мере дальнейшего совершенствования Ж. возникали все новые и новые свойства, присущие уже только более развитым живым существам: способность к аутотрофному питанию, фотосинтез, кислородное дыхание, клеточная структура, митоз, многоклеточность, половой процесс, способность к движению, раздражению и многие другие.

См. также Эволюционное учение.

Библиография: Маркс К. и Энгельс Ф. Сочинения, 2-е изд., т. 20, М., 1955; Б ер-нал Д. Ж. Возникновение жизни, пер. с англ., М., 1969; Горизонты биохимии, под ред. Л. А. Тумермана, пер. с англ., М., 1964; Опарин А. И. Жизнь, ее природа, происхождение и развитие, М., 1968; P у т т e н М. Происхождение жизни (естественным путем), пер. с англ., М., 1973; Шредингер Э. Что такое жизнь с точки зрения физики, пер. с англ., М., 1947.

А. И. Опарин.