Факультет

Студентам

Посетителям

Жизнь на Земле как космическое явление

Как подойти к изучению общих для Вселенной законов жизни? Какие из наших представлений о жизни, о свойствах жизни не могут быть разными для разных миров Вселенной?

Везде, где существуют организмы, должны проявляться обмен веществ между организмом и средой и внутри организма, рост организма и рост биомассы как результат размножения, наследственность, раздражимость и другие реакции живой системы на внешние воздействия. Этим не ограничиваются свойства жизни, но достаточно исключить одно из них, и живое перестанет быть живым. Возможно лишь временное прекращение обмета, роста или ответов на внешние раздражения, да и то при особых условиях, когда организм или отдельные клетки находятся в состоянии анабиоза — обратимой остановки функций.

Нет разумных оснований для того, чтобы представлять себе жизнь на других планетах принципиально иной.

Точно так же некоторые закономерности биологической эволюции должны проявляться везде, где есть жизнь. К ним следует отнести естественный отбор, приспособление организмов к окружающим условиям среды, постоянное совершенствование формы и функций, биохимическую эволюцию.

При своем питании, росте, размножении и отмирании организмы используют вещества, находящиеся в окружающей их среде, и интенсивно вовлекают их в круговорот веществ в природе. Вся внешняя оболочка земной коры перерабатывается организмами. Эта роль организмов в круговороте веществ также должна проявляться везде, где есть жизнь, это космическое свойство жизни. Вовлекая в круговорот веществ химические элементы, организмы на данной планете, возможно, тем самым оказывают влияние и на ближние к нам миры.

К этому следует добавить, что для жизни особенно характерно непрерывное и качественное изменение химического состава и непрерывное обновление и восстановление всех основных видовых особенностей: структуры, химизма и функций. Эти явления обратимости, самовосстановления живой системы должны характеризовать явления жизни, где бы они на были. Только благодаря изменчивости, самовосстановлению, наследственности может осуществляться приспособление к окружающей среде.

Бесконечное разнообразие химического состава живых систем на Земле позволяет думать, что на других мирах организма по своему строению, функциям, приспособлениям к внешней среде не только могут быть, но и должны быть непохожи на организмы Земли. Биологи знают, что химические элементы в организме могут заменять друг друга. На протяжении эволюции в разных группах животных возникли виды, которые для одной и той же функции используют разные химические элементы.

Известно, например, что в окислительно-восстановительных реакциях у всех организмов принимают участие пигменты. Пигменты крови у животных выполняют роль переносчиков кислорода. В состав этих пигментов обязательно входят атомы металлов, которые соединяются с кислородом. И вот в гемоглобине крови позвоночных таким металлом является железо, а в гемоцианине, свойственном беспозвоночным животным, — мед. Оба пигмента несут одинаковую функцию. В крови беспозвоночных животных — асцидий — найден ванадий, который, как полагают, также играет роль в окислительно-восстановительных процессах.

Возможность замены в организме одних атомов другими еще недостаточно изучена, но известно, что наибольшее сходство биологической роли и, следовательно, наибольшая взаимозаменяемость элементов зависят от места их расположения в периодической системе Менделеева, иначе говоря, от строения атома.

С помощью меченых атомов показано, например, что кальций и магний, входящие в состав костной ткани, могут замещаться стронцием, барием или радием, т. е. металлами, которые, так же как кальций и магний, принадлежат ко второй (главной) группе периодической системы. Совершенно естественно, что на других мирах, в других условиях возможны и другие комбинации, другие замены.

Но могут ли живые существа на других мирах быть устроены принципиально иначе, чем земные? Могут ли такие элементы, как углерод, азот, входящие в состав всех организмов на Земле, отсутствовать или не играть основной роли в биохимическом строении организмов?

Высказывалось мнение, что кремний, который, так же как углерод, способен вступать в огромное количество разнообразных соединений, может конкурировать с углеродом, заменяя его в органических веществах. Но ведь на Земле кремний — один из наиболее распространенных элементов. В земной коре его несравнимо больше, чем углерода. И в состав организмов он входит в больших количествах: некоторые группы организмов даже называют кремниевыми (водоросли, высшие растения). Но кремний используется организмами преимущественно на построение скелетов и опорных частей клеток, встречаясь в других органах только как микроэлемент. Он никогда не заменяет углерод, очевидно потому, что и не может заменить этот элемент в биохимических превращениях в клетке.

Значит, там, где есть углерод, живое вещество должно строиться на основе углерода. Обсуждать же проблему, возможна ли жизнь за счет кремния там, где нет углерода, у нас сейчас нет оснований.

В состав живого вещества входят и другие элементы, без которых оно не может существовать.

Среди них особое значение имеют азот, кислород, водород, углерод, служащие основой белков. Вряд ли можно представить себе живое вещество, не содержащее белков. Правда, профессор Пири в Англии высказал недавно мысль, что возможно существование жизни без белка, нуклеиновых кислот и вообще биологических полимеров.

Классическое, данное Ф. Энгельсом определение жизни как способа существования белковых тел подтверждается новейшими исследованиями. Изучение химического состава организмов, начиная от самых примитивных форм, показывает поразительное единство в основном химическом строении живого вещества. У него всегда есть белки, аминокислоты, нуклеиновые кислоты; в состав всех существ, кроме вирусов, входят углеводы, минеральные вещества и вода. Произошли ли организмы от одной первичной формы или от нескольких, первоначальная живая система на Земле могла состоять только из этих веществ.

Несмотря на огромное разнообразие условий во внешней среде, на Земле в течение 2 миллиардов лет со времени возникновения на ней жизни, не возникло ни одной новой комбинации в химическом строении живого вещества, которая была бы совершеннее его белковой природы или которая могла бы ее заменить.

Поэтому можно считать, что химическое строение тех организмов, которых мы знаем, в целом определяется не специфическими условиями Земли, а прежде всего космическими факторами. Почти все элементы периодической системы Менделеева, которая отражает химическое строение Вселенной, входят в состав живых существ на Земле. Это указывает на космический характер химического состава организмов; он не может быть принципиально иным у организмов других миров.

Единство жизни подтверждается и изучением физико-химического строения протоплазмы. Любой живой системе должна быть свойственна способность непрерывно изменяться и вместе с тем сохранять постоянство в силу процессов самообновления и восстановления. Нельзя представить себе столь подвижную систему, состоящей из веществ в одной физической фазе: твердой, жидкой или газообразной. Для жизни обязательна коллоидная система, состоящая из всех трех фаз.

Нельзя себе представить живую систему только жидкой — она стала бы растекаться и не имела бы формы; газообразная — она бы неограниченно расширялась в пространстве; в твердой был бы невозможен обмен веществ. Коллоидное состояние протоплазмы, по-видимому, определяет и клеточное строение организмов

Трудно думать, что может быть жизнь без воды. Вода — важнейшая часть протоплазмы; это не только лучший растворитель; она принимает непосредственное участие в наиболее важных реакциях обмена, например, в гидролизе, окислительно-восстановительных процессах и других. Нет других таких жидких веществ, которые могли бы заменить воду в живой системе. Замечательно, что в протоплазме клеток разнообразных организмов содержание воды очень постоянно: 70—80%. Уже небольшое уменьшение этого количества снижает интенсивность обмена веществ, и организмы или клетки переходят в состояние покоя, анабиоза. Полное отсутствие воды на других планетах свидетельствует о невозможности на них жизни; наличие воды делает вероятными гипотезы о существовании каких-то форм жизни.

Электронно-микроскопические исследования, позволяющие видеть тончайшие структуры клетки, протоплазмы, увеличенные в сотни тысяч раз, открыли перед нами неожиданные картины строения живой материи. Оказалось, например, что мельчайшие «зернышки» в протоплазме — митохондрии, величина которых обычно немного больше микрона (0,001 мм, имеют сложную систему каналов и мембран). С митохондриями связана вся ферментативная деятельность клеток. Замечательно, что схема строения этого «органа» одинакова и в клетках простейших организмов и у самых сложных, высших животных. Можно предполагать, что тончайшее строение протоплазмы определено не только специфическими условиями развития жизни на Земле, но и свойственно живом системе вообще. Но в этом направлении нужны еще дальнейшие исследования.

Таким образом, уже накопленные биологией сведения позволяют определить некоторые черты живого, которые те могут быть присущи только жизни на Земле. Задача космической биологии — конкретизировать эти знания, установить, какие свойства организмов обусловлены специфическими условиями Земли, а какие необходимы и характерны для жизни вообще.

Для проблем космической биологии и, в частности, для изучения вопроса о возможности жизни вис Земли моделью могут сложить некоторые клетки и организмы (преимущественно одноклеточные) с потенциальной способностью переносить такие условия среды, которые не способны выдерживать большинство сложных организмов.

Изучая сложные организмы, мы поражаемся разнообразию жизненных явлений. Исследуя клетку, мы находим не менее поразительное единство строения и основного химического состава, общность функции всех клеток, независимо от уровня организации животного или растения.

На Земле мы не знаем форм жизни, не имеющих клеточного строения; исключением являются только вирусы, которые существуют в клетках других организмов и не могут размножаться вне клетки

Наука о клетке — цитология — утверждает, что клетка является элементарной единицей и основной формой живой системы. Возможно, что это положение окажется верным и для жизни на других мирах. Одноклеточные организмы — бактерии и простейшие, все клетки животных и растений, обладают общими признаками, характеризующими свойства живой материи, о которых мы уже говорили.

Жизнь на Земле — планете, подчиняющейся общим законам космоса, не может не зависеть от космических факторов. В свою очередь живые организмы, влияя на планету, оказывают свое влияние и на космос. Жизнь на земной поверхности существует за счет энергии Солнца, а через живую материю, как показал Вернадский, эта энергия передается в глубокие части планеты. Микроорганизмы, встречающиеся даже на больших глубинах в коренных породах, производят химические процессы и вовлекают в круговорот веществ находящиеся там химические элементы.

Влияние космических факторов на земные организмы огромно. Солнце определяет жизнь зеленых растений, использующих энергию видимых его лучей в процессе фотосинтеза. Невидимые лучи длинноволновой области спектра (инфракрасные) служат основным источником тепловой энергии на Земле, так же как и на Венере и на Марсе. Все другие процессы, идущие с выделением тепла (вулканическая деятельность, радиоактивный распад, деятельность человека), дают Земле ничтожные количества тепла по сравнению с инфракрасным излучением Солнца.

От интенсивности радиации Солнца и законов вращения планеты зависят климат, распространение и размножение видов растений и животных, периодические явления в природе и круговорот веществ. В последнее время усиленно изучается влияние на климат и жизнь тех процессов, которые протекают на солнечной короне; по-видимому, они имеют очень большое значение.

Коротковолновые ультрафиолетовые лучи солнца обладают высокой химической активностью. Известно, что они губительны для живых клеток. Самые короткие лучи (с длиной волны короче 380 ммк), наиболее опасные, задерживаются озоновым слоем в верхней части атмосферы Земли. Обычно считают, что, если бы атмосфера пропускала эти лучи, жизнь была бы невозможна.

Ультрафиолетовые лучи с большей длиной волны, проникающие сквозь атмосферу, имеют важное значение для организмов, так как способствуют образованию некоторых витаминов.

Новейшие исследования указывают на то, что коротковолновые ультрафиолетовые лучи не обязательно должны уничтожать все живое на Земле и в космосе. На заре жизни на Земле озонового слоя в ее атмосфере не было, и фотохимическая роль ультрафиолетовых лучей проявлялась значительно сильнее. По-видимому, именно короткие ультрафиолетовые лучи, способствуя синтезу аминокислот, сыграли большую роль в возникновении жизни.

У ныне живущих организмов степень чувствительности к этим лучам разная: есть и организмы, достаточно устойчивые. Не всегда ультрафиолетовые лучи проникают через оболочки и покровы тела. У клеток могут вырабатываться специальные вещества, защищающие химически или задерживающие ультрафиолетовые лучи, как экран. Экспериментально доказано, что при постепенном облучении может повышаться устойчивость к этим лучам.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.



Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: