Все живые системы обладают следующими основными признаками:
- Единство химического состава. В живых организмах 98 % химического состава приходится на 6 элементов (макробиогены): около 60 % кислорода, 20 % углерода, 10 % водорода, 3 % азота, 3,5 % кальция, 1 % фосфора. Для сравнения - неживая природа состоит (вес. %):
- атмосфера – 78 % азота и 21 % кислорода;
- литосфера – 34,6 % железа, 29,5 % кислорода, 15,2 % кремния,12,7 % магния;
- гидросфера – 88,9 % кислорода и 11,1 % водорода.
- Живые системы представляют собой совокупность сложных биополимеров (белки, нуклеиновые кислоты, ферменты, витамины и др.).
-Это открытые систем т.е. системы, которые не могут существовать без постоянного притока энергии в виде пищи, света и т.п. Все живые системы способны к обмену веществами с окружающей средой, поглощая из нее вещества, необходимые для питания и выделяя во внешнюю среду продукты жизнедеятельности. Через живые организмы проходят потоки энергии и вещества, в результате чего в системах осуществляется обмен веществ –метаболизм.Метаболизм включает процессы анаболизма (синтез веществ) и катаболизма (распад сложных веществ). В процессах анаболизма под действием ферментов происходит синтез сложных веществ из более простых с накоплением энергии. Наиболее важный процесс анаболизма – это фотосинтез. При катаболизме происходит высвобождение энергии, заключенной в химических связях крупных органических молекул, и накопление ее в форме богатых энергией фосфатных связей АТФ. К числу катаболических процессов являются углекислый газ, вода, аммиак и др. Обмен веществ обеспечивает постоянство химического состава внутренней среды организма (гомеостаз) и как следствие, постоянство его функционирования в непрерывно меняющихся условиях окружающей среды.
- Живые системы – высокоорганизованные и упорядоченные системы, которых энтропия остается на одном уровне, т.е. они способны противостоять действию второго закона термодинамики – увеличение энтропии. Это возможно только за счет непрерывной работы, в процессе которого происходит обязательное рассеивание энергии. Живые организмы устойчивы при жизни и быстро разлагаются после смерти (энтропия возрастает).
- Жизнь на Земле проявляется в виде дискретных форм. Дискретностьживого означает, что отдельный организм или сообщество организмов состоят из отдельных изолированных, но тесно связанных между собой частей, образующих структурно-функциональное единство. Так, клетка включает пространственно изолированное ядро, митохондрии и т.д.; высокоорганизованный организм включает пространственно отграниченные органы, которые, в свою очередь, состоят из клеток; любой вид организмов представлен отдельными особями.
- Живые системы – самовоспроизводящиеся системы. Живые системы существуют конечное время. Поддержание жизни происходит благодаря самовоспроизведению, в результате чего сохраняется жизнь вида. В основе самовоспроизведения лежит образование новых молекул и структур по генетической программе, которая заложена в ДНК клеток.
Наследственностьзаключается в способности организмов передавать свои признаки, свойства и способности развития из поко ления в поколение.
- Живые системы – самоуправляющиеся, саморегулирующиеся и самоорганизующиеся системы. Саморегуляция – свойство живых систем автоматически устанавливать и поддерживать на определнном уровне те или иные показатели системы (рН, температуру, содержание воды, углекислого газа и т.д.), т.е. обеспечивать гомеостаз. Самоорганизация– свойство живой системы приспосабливаться к изменяющимся условиям внешней среды за счет изменения структуры своей системы управления. Это изменение происходит в процессе переработки поступающей из внешней среды информации, т.е. живые системы – самоуправляющиеся.
- Живые системы способны к росту и развитию. Рост живой системы сопровождается развитием, т.е. возникновением новых качеств и черт. Развитие может быть индивидуальным и историческим. Индивидуальное развитие ( онтогенез) – последовательное проявление в процессе роста всех свойств организма. Историческое развитие (филогенез), т.е. необратимое и направленное развитие живой природы, сопровождается образованием новых видов и прогрессивным усложнением формы жизни от оплодотворения до смерти. Историческое развитие живых систем связано с их изменчивостью.
- Изменчивость – свойство, противоположное наследственности и связанное с приобретением организмом новых свойств и признаков под действием внешних факторов в результате самоуправления.
- Живым организмам характерна ритмичность, т. е. периодические изменения интенсивности физиологических функций с различными периодами колебаний . Хорошо известны суточные ритмы сна и бодрствования; сезонные ритмы активности и спячки некоторых млекопитающих.
- Живая система – динамическая система, которая активно воспринимает и преобразует молекулярную информацию с целью самосохранения. Живые организмы в процессе сво ей преобразующей деятельности выполняют ряд функций, которые с учетом современных данных можно объединить в следующие типы (по А.В. Лапо ):
- энергетическую, заключающуюся в преобразовании в процессе фотосинтеза солнечной энергии в энергию химических связей, которая затем используется на поддержание множества других процессов;
- газовую, которая обеспечивает постоянство газового состава, превра щение и миграцию газов, большая часть которых имеет биогенное происхождение, в том числе О2 ,О3, СО2. Таким образом, живые организмы как бы сами создали себе область жизни, а сейчас, потребляя и продуцируя газообразные вещества, они поддерживают постоянство состава атмосферы.
- концентрационную, обеспечивающую избирательное извлечение из окружающей среды определенных химических элементов , которые могут накапливаться в самих организмах. При этом коэффициент накопления может быть очень высоким. Благодаря этому , живые организмы могут служить для человека источником как полезных веществ (железо , марганец, руды, известняки), так и очень опасных (ДДТ, концентрация которого в фито планктоне в 8000 раз превышает его концентрацию в воде, в рыбах, питающихся планктоном, в 40200 раз);
- деструктивную, которая обеспечивает разложение мертвой органики, химическое разрушение горных пород и вовлечение образовавшихся веществ в биотический круговорот;
- средообразующую, которая заключается в изменении химических и физических параметров среды и перераспределении атомов различных веществ через систему большого и малого круговоротов;
- транспортную – проявляется в переносе живых организмов;
- водоочистную (биофильтрационную) и водорегулирующую, изменяю щую характер стока;
- рассеивающую функцию.
С появлением человека началось преобразование биосферы в его интересах и масштабы этих преобразований увеличиваются по мере развития человеческого общества и роста знаний. В.И. Вернадский полагал, что со временем определяющим фактором нашей планеты станет разумная деятельность человека и эту гипотетическую стадию он назвал «ноосферой».
Живое вещество – основа биосферы, хотя и составляет незначительную ее часть. К основным уникальным свойствам живого вещества, обусловливающим его высокую средообразующую деятельность, относятся следующие:
- способность быстро осваивать (занимать) все свободное пространство. В.И. Вернадский назвал это свойство «всюдность жизни»;
- способность двигаться не только пассивно (под действием гравитации), но и активно. Например, против течения, силы тяжести и др.;
- устойчивость при жизни и быстрое разложение после смерти;
- высокая приспособительная способность (адаптация) к различным условиям и в связи с этим освоение не только всех сред жизни (водной, воз душной, почвенной), но и трудных по физико -химическим параметрам условий (температурным, радиационным и др.);
- очень большая скорость протекания реакций. Она на несколько порядков выше, чем в неживом веществе;
- высокая скорость обновления живого вещества. Подсчитано, что в среднем для биосферы она составляет 8 лет, при этом для суши – 14 лет, а для океана – 33 дня. В результате высокой скорости обновления за всю историю существования жизни общая масса живого вещества, прошедшего через биосферу, примерно в 12 раз превышает массу Земли Все перечисленные и другие свойства живого вещества обусловливаются концентрацией в нем больших запасов энергии.