Что такое жизнь с точки зрения физики (стр. 2 из 3)

Но всё-таки как определить грань, в каких системах физические и другие статистические законы уже действуют, а в каких еще нет, или почему же атомы так малы? На самом деле и тот, и другой вопрос не совсем корректны. Атомы малы относительно наших единиц измерений (например миллиметров, сантиметров, метров). Оба эти вопроса касаются не одного размера, а отношения двух размеров – тела и атома. Э. Шредингер говорит, что для идеальной работы любой системы такая система обязательно должна иметь многоатомную структуру. В особенной степени это касается живого организма. Организмы с огромным количеством протекающих в них биологических процессов должны иметь "многоатомную" структуру, потому что для них необходимо, чтобы случайные "одноатомные" явления не играли в их жизни слишком большой роли. И на самом деле не только тело любого взрослого человека, но и каждая его клетка содержит огромное число атомов.

Итак, человеческий организм – высокоупорядоченная система, подобная твердому телу, но лишенная периодичности в расположении клеток, молекул, атомов. Вот что доказал нам Э. Шредингер.

Очень интересны рассуждения Эрвина Шредингера на тему развития организма. Весь процесс развития организма определяется структурой всего одной клетки. Этой клеткой является оплодотворённое яйцо, точнее, речь идет даже не о целой клетке, а только об одной небольшой части этой клетки, её ядре. Рост организма осуществляется последовательными клеточными делениями (митозом). В митозе хромосомы удваиваются. При этом две дочерние клетки получают два набора хромосом, сходных с родительской клеткой.

Этот процесс Э. Шредингер сравнивает с образование кристалла. Небольшую молекулу можно назвать "зародышем твердого тела". Этот "зародыш" может строиться "путём повторения снова и снова одной и той же структуры в трёх направлениях, именно так растет кристалл"[2]. Если периодичность установилась, то уже нет определенного предела для размера такого агрегата. Другой путь — построение все более и более увеличивающегося агрегата без механизма повторения. Это случай все более и более сложной органической молекулы, в которой каждый атом и группа атомов играет индивидуальную роль. Это можно назвать образованием апериодического кристалла или твердого тела. Из этого Э. Шредингер делает вывод, что "ген или, возможно, целая хромосомная нить представляет собой апериодическое твердое тело."[3]

Характерной особенностью жизни является стремление не перейти в состояние равновесия (энтропии). Ведь материю мы считаем живой, когда она продолжает что-то делать (двигаться, участвовать в обмене веществ с окружающей средой и т.д.) в течение более длительного отрезка времени, чем могла бы делать неодушевленная материя в подобных условиях. Опираясь на эти размышления, Э. Шредингер заключил, что жизнь — это упорядоченное и закономерное поведение материи, основанное не только на одной тенденции переходить от упорядоченности к неупорядоченности, но и частично на существовании упорядоченности, которая поддерживается все время.

И всё-таки, хоть деятельность живой материи и основана на законах физики, установленных к настоящему времени, но, по-видимому, подчиняется до сих пор другим неизвестным законам физики.

Жизнь с точки зрения биологии

Владимир Иванович Вернадский был одним из выдающихся академиков-естествоиспытателей, который посвятил себя изучению протекающих в биосфере процессов. Он стал основоположником научного направления - биогеохимии, которое легло в основу современного учения о биосфере.

До появления работ В. И. Вернадского большинство учёных считали, что роль живых организмов на Земле очень мала. Действительно, казалось бы, какая может быть связь между последствиями их жизнедеятельности и мощью внутренних сил планеты, образующих высочайшие горы и перемещающих целые континенты.

В. И. Вернадский доказал, что все организмы, вместе взятые, на протяжении длительного отрезка времени выступают как мощный геологический фактор, играющий огромную роль в жизни нашей планеты. Геологическая деятельность живых организмов проявляется в следствии некоторых из их особенностей: во-первых, они теснейшим образом связаны с окружающей средой и взаимодействуют с ней в процессе обмена энергией. В итоге суммарный эффект результатов деятельности организмов проявляется на протяжении очень длительных отрезков времени (в сотни миллионов лет).

В. И. Вернадский впервые показал, что химическое состояние наружной коры нашей планеты полностью находится под влиянием живых организмов, с деятельностью которых связано перемещение химических элементов в биосфере.

Биосфера представляет собой сложнейшую оболочку жизни, населенную организмами, составляющими живое вещество. Это самая крупная экосистема Земли – область взаимодействия живого и косного вещества на планете. В. И. Вернадский отмечал, что "пределы биосферы обусловлены, прежде всего, полем существования жизни[4]". Биосфера является результатом сложнейшего механизма геологического и биологического развития косного и живого вещества. С одной стороны, это среда жизни, а с другой – результат жизнедеятельности.

Разрабатывая учение о биосфере, В. И. Вернадский пришел к выводу, что зеленое вещество растений является главным преобразователем солнечной энергии. Только они способны поглощать эту энергию и синтезировать органические соединения.

В. И. Вернадский попытался дать главные исчерпывающие признаки каждого царства живого. И, занимаясь этим вопросом, он заметил и рассмотрел несходство живого и неживого в физическом, химическом и термодинамическом смысле. Поэтому в природе нет никаких переходов от неживого к живому: они настолько противоречивы, что живое ни при каких условиях не может происходить от неживого.

Одним из центральных звеньев понимания биосферы является учение о живом веществе. "Живое вещество биосферы есть совокупность ее живых организмов… Я буду называть совокупность организмов, сведенных к их весу, химическому составу и энергии, живым веществом"[5]. Главное его функция – накопление свободной энергии в биосфере. В. И. Вернадский писал, что между косной (безжизненной) частью биосферы и живыми организмами, ее населяющими, идет непрерывный обмен энергии. Так же оно выполняет светообразующую функцию. Исследуя процессы миграции атомов в биосфере, В. И. Вернадский задумался над вопросом о происхождении химических элементов в земной коре, а после этого и к необходимости объяснить устойчивость соединений, из которых состоят организмы. Затем он пришел к выводу, что "нигде не существуют органические соединения, независимые от живого вещества".

Для живого вещества характерно наличие эволюции и то, что составляющие его химические соединения устойчивы только в живых организмах. После смерти организма исходные живые органические вещества разлагаются до химических составных частей.

Первичным звеном поглощения солнечной энергии являются растения. Они преобразуют ее в энергию химических связей, или энергию пищи. Без этого процесса накопления и передачи энергии живым веществом невозможно было бы развитие жизни на Земле и образование современной биосферы. Каждый последующий этап развития жизни сопровождался все более интенсивным поглощением солнечной энергии. Энергия любого живого организма также может быть рассеяна в тепловой форме, из-за чего достигается состояние термодинамического равновесия, при этом дальнейшие энергетические процессы становятся невозможными. Чтобы не наступило это состояние, организм или система должны постоянно извлекать энергию из окружающей среды и стремиться к нарушению термодинамического равновесия. Иначе организм погибнет.

Таким образом, жизнь сводится к непрерывной последовательности роста, самовоспроизведения и синтеза сложных химических соединений. Без переноса энергии невозможно было бы существование самой жизни. Если бы солнечная энергия на планете только рассеивалась, то жизнь на Земле была бы невозможной. Чтобы биосфера существовала, она должна получать и накапливать энергию извне. И эта работа выполняется организмами.

Заключение

Итак, что же такое жизнь? Этот вопрос неоднократно обсуждался на всех уровнях науки и ответы в соответствии с существующими представлениями были разными. Мне кажется, и сейчас современная наука не может дать окончательного ответа на вопрос, что такое жизнь. Это вовсе не означает, что не существует возможных вариантов ответов. Они, безусловно, есть, и я попыталась дать ответ на этот вопрос в своем реферате словами и взглядами на жизнь великого австрийского физика Эрвина Шредингера и великого русского биолога – естествоиспытателя Владимира Ивановича Вернадского, живших в ХХ веке.

В своих работах оба ученых использовали энергетический подход к объяснению жизненных процессов. Э. Шредингер представляет, что "жизнь — это упорядоченное и закономерное поведение материи, основанное не только на одной тенденции переходить от упорядоченности к неупорядоченности, но и частично на существовании упорядоченности, которая поддерживается все время[6]" . Это понятие схоже с точкой зрения Владимира Ивановича Вернадского, который утверждал, что для того, чтобы не наступило состояние максимальной энтропии, организм или система должны постоянно извлекать энергию извне и стремиться к нарушению термодинамического равновесия. В противном случае происходит гибель организма.