Жизнь с точки зрения физики и химии

Российский Государственный  Университет 

Физической Культуры, Спорта, Молодёжи и Туризма

 

 

 

 

 

 

 

Реферат по дисциплине

Концепция Современного Естествознания

на тему: «Жизнь с точки зрения

физики и химии»

 

 

 

                                                                                                     Студент 1-ого курса 

специализации Менеджмент Организации 

6 «А» группы Мирошниченко  Антон.

Проверила :

 

 

 

 

Москва 2009г.

 

СОДЕРЖАНИЕ:

1. Что такое Жизнь?   ..................................................................................   2

 

2. Жизнь с точки зрения Химии:

• Физическая форма материи   ............................................................   7  
• Химическая форма материи   ...........................................................   8  
• Химический способ развитии материи   ........................................   10
• Закономерный характер химической эволюции   .........................   12

Детерминанты направлености  химической революции  

• Аккумуляция   ..................................................................................   14  
• Биологическая форма материи   .....................................................   17

 

3. Жизнь с точки зрения Физики:

• Современные представления об элементарных частицах.

Структура микромира   ........................................................................   18

• Физическая интерпретация биологических законов   ..................   20
• Пространство и время для живых организмов   ...........................   24
• Физические факторы влияния Космоса на земные процессы   ...   29

 

4.  ДНК и РНК   .........................................................................................   31  

 

5. Список литературы    ............................................................................   34

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Что такое Жизнь?

Один  хитроумный человек заметил, что  хотя мы можем затрудниться дать точное определение жизни, однако никто  из нас не сомневается в различия между живым и неживым.

    Действительно,  интуитивно мы все понимаем, что  есть живое и что – мертвое,  а вот точно сформулировать  различие обычно затрудняемся. Мне  известно много попыток дать  определения понятия «жизнь», но, как правило, они оказываются уязвимыми. Порой авторы вообще отказываются от определения, подменяя его тавтологией. Вот одно из определений: «Живой организм – это тело, слагаемое из живых объектов; неживое тело – слагаемое из неживых объектов». И все. Подумайте, как просто! Но стала ли нам от этого понятна сущность жизни?

    Всем, наверное, известно  одно из определений жизни,  высказанное Энгельсом: «Жизнь – это способ существования белковых тел, существенным моментом которого является постоянный обмен веществ с окружающей их внешней природой, причем с прекращением этого обмена веществ прекращается и жизнь, что приводит к разложению белка». Однако достаточно ли оно? Сам Энгельс так не думал. Для него обмен веществ – лишь существенный, не единственный критерий жизни. Действительно, обмен веществ может быть присущ и неживым объектам.

    Остатки животных и растений  в слое горных пород отдают  окружающей среде органику; ее  место занимают минералы. Особенно  удивительны окаменевшие деревья  – внешне они до мельчайших  деталей сохраняют структуры  древесины, однако миллионы лет  назад она заместилась кремнеземом  и окислами железа. Можно сформулировать  определение жизни следующей  фразой: жизнь – это активное, идущее с затратой энергии поддержание и воспроизведение специфической структуры.

    Чем короче  определение, тем больше оно  нуждается в расшифровке. Что  такое активное воспроизведение?  Под этим словосочетанием мы  должны понимать такой процесс,  когда система сама воспроизводит  себя и поддерживает свою целостность,  используя для этого элементы  окружающей среды с более низкой  упорядоченностью. Пассивный процесс  такого рода отнюдь не признак  жизни. Птицы из года в год  воспроизводят свои гнезда, бобры  строят плотины, но ни плотины,  ни гнезда нельзя считать живыми  объектами, в отличие от их  строителей. Особенно характерно  воспроизведение неживых объектов  для деятельности человека.

    Почему в нашем  определении подчеркивается то, что поддержка и воспроизведение  структур живого организма должно  идти с затратой энергии? Потому что это позволяет различать живые существа от других самовоспроизводящихся структур, например кристаллов.

    Еще великий  французский натуралист Бюффон  в XVIII веке проводил антологии между ростом организмов и ростом кристаллов. Действительно, каждому кристаллу присуща своя специфическая структура, возникающая спонтанно. Так хлористый натрий кристаллизуется в виде куба, углерод в форме алмаза – в виде октаэдра. Скопления, сростки кристаллов порой действительно похожи на структуры живой природы. Вспомните хотя бы морозные узоры на оконных стеклах. Они иногда настолько бывают похожи на листья папоротников и иных диковинных растений.

    «Все течет»,– сказал Гераклит Эфесский (этот всем известный афоризм дошел до нас, правда со слов других, так как сам Гераклит как Сократ, предпочитал излагать свои взгляды в беседах). Особенно это относится к живому организму. Он – поток, по которому непрерывно движутся энергия и вещества – элементы для воссоздания структур. Не так давно еще ученые полагали, что, достигнув взрослого состояния, организмы притормаживают синтез белков и других органических соединений, ограничиваясь «ремонтными» работами (заживление ран, смена эпителия кожи и т. д.).

    Первые же опыты  с изотопными метками показали, что это неверно. На протяжении  всей жизни идет непрерывная  замена старых клеточных структур  на вновь образующиеся. Так, при  ремонте самолета заменяют двигатель,  отработавший свой ресурс, хотя  бы он работал безупречно. Казалось  бы, всю жизнь должна служить  человеку костная ткань. Однако, когда в практику медицины  вошел антибиотик тетрациклин,  врачи столкнулись с удивительным  фактом.

    Тетрациклин отчасти  накапливается в костях. Следы  лечения можно обнаружить на  костном шлифе в виде флуоресцирующего  слоя. Оказалось, что примерно  через три года после лечения  антибиотиком он обнаруживается  в крови в очень высокой  концентрации (что приводит порой  к нежелательным побочным эффектам). Откуда же взялся тетрациклин,  ведь больной за три года  мог и забыть, что когда-то его  принимал?

Он вернулся в кровь  из старой костной ткани, которая  рассасывается и заменяется новой.

    Говорят, что  нервные клетки не восстанавливаются,  не размножаются. В принципе это  так, но на протяжении всей  жизни они непрерывно перестраиваются.  Так и человек может всю  жизнь прожить в одном доме, но за это время многократно  изменить в нем обстановку. Мы  лишь формально можем считать  нейроны, с которыми мы заканчиваем  жизнь, теми же самыми клетками, с которыми мы ее начали.

    В конце нашего  определения жизни было слово «специфическая». Что такое специфическая структура? Из поколения в поколение организмы воспроизводят характерную для видов, к которым они принадлежат, упорядоченность. Делается это ос почти абсолютной точностью.

    Э. Шредингер  в книге «Что такое жизнь  с точки зрения физика?» высказал  предположение, что организмы  «извлекают упорядоченность из  окружающей среды», они питаются  чужим порядком. Увы, дело обстоит  не так просто. Шредингер выразился  не совсем точно.

    Пожалуй, можно  привести лишь один пример, когда  организм «питается чужим порядком».  Некоторые ресничные черви планарии  живут на колониях кищечнополостных  – гидроидных полипов, объедая  их. У полипов имеется хорошая  защита, правда не эффективная  против планарий, - стрекательные  клетки. С действием их хорошо  знакомы люди, обжигавшиеся щупальцами  черноморской медузы-корнерота.  Гораздо опаснее дальневосточная  маленькая медуза-крестовичок, ожег  которой может привести к тяжелому  заболеванию, а то и к смерти, если под рукой не найдется  димедрола или супрастина. Оказывается,  проглоченные червями стрекательные  клетки полипов не перевариваются, а мигрируют в покровы тела, где выполняют ту же защитную  функцию, что и у хозяев. Их  так и называют: клептокниды –  украденные стрекательные клетки.

    Можно пофантазировать  о жизни на какой-нибудь планете,  где подобный принцип распространен  широко. Но на Земле положение  обратное. Земные организмы в  чужой упорядоченности не нуждаются,  как видно из следующих примеров.

    3 декабря 1967 года  в кейптаунской больнице Гроте-Схюр  Кристиан Барнард пересадил Луису  Вашканскому, страдавшему острой  сердечной недостаточностью, сердце  девушки Дениз Дарваль, погибшей  в автокатастрофе.

    17 декабря, через  две недели Вашканский заболел  двустороннем воспалением легких  и 20 декабря скончался. Первая  неудача не смутила хирургов. Число операций по пересадке  сердца насчитывается уже тысячами. Но и до Барнарда животным  и людям пересаживали сердца, легкие, почки и поджелудочные  железы. Результат всегда был  одинаковым пересаженные органы  отторгались, если не были взяты  у однояйцевого близнеца. Но однояйцевые  близнецы – это генетические  копии одного и того же организма.

    Можно сделать  вывод, что «чужая упорядоченность» организму не нужна, он изо всех сил, отчаянно борется с ней. Сохранить пересаженный орган можно только, подавив защитные иммунные системы образования антител. Но тогда пациент окажется беззащитным против любой инфекции и в конце концов погибнет от нее, как это случилось с Вашканским.

    Это самый эффективный  пример, но известны и другие  случаи, когда организмы не приемлют  «чужого порядка». Общеизвестны  группы крови, здесь система  проста, и определив группу крови,  можно практически во всех  случаях избежать распада эритроцитов.  Более того, человеку можно переливать  кровь шимпанзе соответствующей  группы. Но изредка встречаются  люди с такими уникальными  наборами факторов крови, что  ничья друга им не годится.

        Казалось  бы, у низших организмов отвращение  к «чужому порядку» меньше. Действительно,  у рыб и амфибий удаются  пересадки органов между особями  разных видов, и бычий соматотропин  может стимулировать рост форели. Однако, все это искусственные,  создаваемые экспериментом положения.  Еще раз повторяю, что животные, питаясь другими животными или  растениями, начинают с разрушения  чужой упорядоченности. Пища в  их желудках и кишечниках расщепляется  специальными ферментами до простых  веществ, не обладающих видоспецифичностью. Так, белки расщепляются до  аминокислот, сложные углеводы, такие  как крахмал и гликоген, - до  моносахаридов, нуклеиновые кислоты  до нуклеотидов. По строению, например, аминокислоты глицина или фенилаланина невозможно сказать, получена ли она из белков бычьего мяса, гороха или же синтезирована химиком искусственно.

    Из этих элементарных  кирпичиков жизни организмы строят  присущие им белки. Каждый организм  характерен именно неповторимой, присущей только ему комбинацией  белковых молекул. А уже на  этой базе возникает комплекс  всех признаков организма –  на уровне клеток, тканей и  органов.

    У растений  это выражено еще более резко.  Вода, набор питательных солей,  углекислый газ и свет –  при этом комплексе одинаковых  факторов из одного семени  вырастает роза, из другого –  крапива, каждое растение с  присущим ему набором свойств,  со своей упорядоченностью.

    Итак, организмы  берут извне не упорядоченность,  а энергию: растения в виде  квантов света, животные в виде  малоокисленных соединений, которые  можно сжечь в процессе дыхания.  За счет этой энергии они  строят свою «доморощенную» упорядоченность,  пренебрегая чужой.

    Вот почему  в определении жизни должно  быть воспроизведение специфической структуры.

     Как итог, хочеться  сказать, что точного определения  слову «жизнь» наверно никто  никогда не даст и может  быть это и к лучшему, так  как бесконечно можно будет  открывать для себя новые грани  жизни!