Corwin (realcorwin) wrote,
Corwin
realcorwin

Category:

Что такое жизнь - 1

ivanov_petrov размышляет о происхождении жизни, а я решил порассуждать, что же такое жизнь вообще. Рассуждения мои воспроизводят Дойча, который, в свою очередь, ссылается на Доукинса. Так что все, кого эта тема серьезно заинтересует, могут почитать книги и одного, и другого.

Начнем, пожалуй, с греков, которые различали материю живую и неживую. Считалось, что должно существовать нечто, что заставляет живые организмы вести себя отлично от другой материи.

Аристотель и другие философы рассматривали жизнь как фундаментальное явление, связывая ее с основной тогдашней физической концепцией – движением: главным качеством живой материи была ее способность движение инициировать. С высоты 21 века подобный критерий отличия живого от неживого кажется наивным, однако следует учитывать, что Аристотель не видел управляемых ракет и не имел дело ядром урана, которое может миллиарды лет оставаться неизменным, а затем без всякого влияния внезапно изменит свою структуру, хотя живым определенно не является.

Аристотель также считал биосферу Земли главной частью вселенной. А раз животные и растения – основная составляющая космоса, важность жизни очевидна.

Все бы было хорошо, но появилась современная наука. Коперник определил Землю в спутники Солнца, последующие астрономы и физики не только доказали ничтожность Земли по сравнению с масштабами вселенной, но и описали вселенную законами, которые вообще не упоминают о жизни. Наконец, теория эволюции Дарвина объяснила механизм жизни без необходимости применения особой физики.

В результате сложилась ситуация, когда жизнь вовсе перестали считать фундаментальной. Сам термин «изучение природы», под которым подразумевали биологию, стал анахронизмом. Природой была физика. Иначе говоря: у физики есть отдел по изучению взаимодействия атомов – химия. У химии есть отдел по изучению соединений углерода – органическая химия. Органическая химия имеет отдел по изучению химических процессов, которые мы называем жизнью, – биологию, представляющую интерес лишь потому, что мы сами оказались таким процессом. Физика же очевидна важна, ведь вся вселенная подчинается ее принципам.

Критерии жизни из современного учебника биологии – передвижение, дыхание, выделение, раздражимость, рост, воспроизведение и т.д. – являются описательными и мало что объясняют. Вирусы и не дышат, и не растут, и не выделяют, и не движутся (пока им не «двинешь»), но они живые. Также как бесплодные люди.

Однако мы знаем, что жизнь имеет молекулярную основу и что существуют молекулы, которые побуждают определенные среды к созданию своих копий. Такие молекулы называют репликаторами. В более общем смысле репликатор – это любой объект, который побуждает определенные среды его копировать. Компьютерный вирус – тоже репликатор. Также как хорошая шутка, заставляющая людей пересказывать ее друг другу. Кстати, для таких репликаторов, как шутка, Доукинс придумал специальный термин – мим. Однако вся жизнь на Земле основана на репликаторах-молекулах. Они называются генами.

Состоящие из последовательности более мелких молекул (аденин, цитозин, гуанин и тимин – А, Ц, Г и Т), соединенных в цепочку, которую называют ДНК, гены представляют собой программы, выполнение которых клетками заключается в производстве определенных молекул (белков) из более простых молекул (аминокислот).

Например, гормон инсулин, отвечающий за уровень сахара в крови, является таким белком. Производящий его ген присутствует почти в каждой клетке тела, но включается только в строго определенных клетках поджелудочной железы и только тогда, когда это необходимо. По сути, произвести определенный химический продукт – это все, что может сделать клеточный компьютер, но химические программы низкого уровня, создавая слой за слоем комплексный контроль и обратную связь, в сумме составляют сложные команды высокого уровня и, в конечном итоге, осуществляют жизнедеятельность всего организма. Ген инсулина и гены, которые включают и отключают его, вместе эквивалентны полной программе регулирования уровня сахара в крови.

Ген способен функционировать как репликатор только в определенных средах, его нише, по аналогии с экологической «нишей» (набором сред, в которых организм может выжить и произвести потомство). Например, биотехнологические лаборатории, в которых получают копию гена инсулина, также принадлежат к нише этого гена. Но не все, что можно скопировать является репликатором. Репликатор побуждает свою среду к тому, чтобы она его скопировала: то есть, он делает причинный вклад в свое собственное копирование.

Иначе говоря, присутствие и особая физическая форма репликатора очень важны для того, происходит копирование или нет. Если гены инсулина в клетках отдельного организма заместить слегка отличными молекулами, этот организм умрет, а, следовательно, не оставит потомства, и эти молекулы не будут скопированы.

Самый же важный фактор, определяющий нишу гена, обычно заключается в том, что репликация гена зависит от присутствия других генов, включая гены других организмов во внешней среде. Чтобы произошла репликация гена инсулина медведя, нужен медведь, который не может без пищи, а гены для производства этой пищи существуют только в других организмах.

Различные виды генов, которым для репликации необходимо взаимодействие друг с другом, часто сосуществуют в длинных цепочках ДНК, ДНК организма. Организм – это нечто, – например, животное, растение или микроб, – о чем на обыденном языке мы думаем как о живом. Но «живой», применительно к частям организма, отличным от ДНК, – это, в лучшем случае, титул, носимый по обычаю, а не по закону. Организм не является репликатором: он – часть среды репликаторов, обычно самая важная, после всех остальных генов, часть. Оставшаяся часть среды – это тип естественной среды, которую может занять организм (например, вершина горы или дно океана), и конкретный образ жизни в этой среде (например, охотник или паразит), который дает возможность прожить там достаточно долго, чтобы произошла репликация его генов.

На повседневном языке мы говорим о «размножении» организмов. Другими словами, мы считаем организмы репликаторами. Но это ошибочно. Организмы во время размножения не копируются; и еще меньше они побуждают собственное копирование. Они создаются заново по чертежам, заложенным в ДНК организмов родителей. Например, случайное изменение формы носа медведя может изменить его образ жизни и шансы на выживание для «размножения». Но у медведя с новой формой носа нет шансов быть скопированным – носы его возможных потомков будут обычными. Но стоит только изменить соответствующий ген (если сделать это сразу же после зачатия медведя, необходимо изменить только одну молекулу), и у любого потомка будет не только новая форма носа, но и копии нового гена.

Таким образом, организм – это непосредственная среда, копирующая реальные репликаторы: гены этого организма. Традиционно нос медведя и его берлогу классифицировали бы как живой и неживой объекты соответственно. Однако существенной разницы между ними нет. Роль носа медведя, в основном, не отличается от роли его берлоги. Ни то, ни другое репликатором не является, хотя постоянно создаются новые примеры и того, и другого. И нос, и берлога – это всего лишь части среды, которой манипулируют гены медведя в процессе своей репликации.

Это понимание жизни, основанное на генах, – рассматривающее организмы как часть среды, окружающей гены, – было неявной основой биологии со времен Дарвина, но его не замечали почти до 60-х годов и не до конца понимали до появления трудов Ричарда Доукинса The Selfisch Gene (1976) и The Extended Phenotype (1982).

Вернемся теперь к вопросу о том, является ли жизнь фундаментальным явлением природы. Но уже в следующей части :).
Subscribe
  • Post a new comment

    Error

    Anonymous comments are disabled in this journal

    default userpic

    Your reply will be screened

    Your IP address will be recorded 

  • 62 comments