Природа, понимаемая как весь мир в многообразии его форм, состоит как бы из двух частей: живая и неживая природа. В чем различие между ними? Для творений неживой природы характерна высокая устойчивость, слабая изменчивость, если судить в масштабах человеческой жизни. Человек рождается, живет, стареет, умирает, а гранитные горы остаются такими же и планеты вращаются вокруг Солнца так же, как и во времена Пифагора.

Мир живой природы предстает перед нами совсем иным - подвижным, изменчивым и разнообразным. Живая природа – это совокупность организмов, которая включает в себя пять царств: вирусы, бактерии, грибы, растения и животные. Живая природа организуется в экосистемы, которые составляют биосферу. Основной атрибут живой материи – генетическая информация, проявляющаяся в репликации и мутации.

В мире неживой природы действует так называемый принцип наименьшего действия. В соответствии с этим принципом система постоянно переходит от менее устойчивого к наиболее устойчивому состоянию. При этом всякое тело стремится принять такую форму, при которой оно обеспечивает минимум энергии его поверхности, совместимую с ориентирующими силами. Симметрия порождающей среды, в которой образуется тело, накладывается на симметрию тела. Получающаяся при этом форма тела сохраняет те элементы собственной симметрии, которые совпадают с наложенными на него элементами симметрии среды.

Принципу наименьшего действия подчиняются все системы неорганического мира. В биологическом и растительном мире это принцип не имеет такого широкого распространения. Любое животное или растение стремятся создать такую морфологическую оболочку, которая бы была благоприятна для размножения и годна для сопротивления условиям среды.

В этом случае вступает в действие принцип экономии материи, который не действует в неорганическом мире. Ярким примером этому служит стремление живых организмов к экономии костной субстанции при распределении материи, дающее максимум прочности во всех нужных направлениях.

Кроме этого, живые организмы проявляют лишь одним им свойственный феномен - феномен роста. Неорганические кристаллы увеличиваются путем присоединения идентичных элементов; живой организм растет путем "всасывания", идущего изнутри и направляющегося наружу.

Мы имеем также еще одно коренное различие: молекулярные элементы неорганической материи, не меняются во все время существования данной совокупности, тогда как элементы, образующие живую ткань, в процессе роста сгорают, удаляются и возобновляются, сохраняя общее начертание формы организма. Например, раковина (внешний скелет морских организмов) растет, сохраняя свою первоначальную форму, несмотря на свой асимметричный рост; рога животных растут только с одного конца.

Внутри неживой природы можно выделить ряд уровней. Первый - это уровень свободной энергии, о которой уже сказано достаточно.

Второй уровень - уровень элементарных частиц. Нас не интересует, действительно ли элементарны все те частицы, которые сегодня принято так называть. Под элементарными частицами мы понимаем те простейшие вещественные образования, которые не содержат в себе других, меньших вещественных образований.

Элементарные частицы могут аннигилировать, полностью превращаясь в свободную энергию. Так, при столкновении аннигилирую электрон и позитрон, что показано экспериментально, так же, как и обратный процесс: при чрезвычайно высокой концентрации свободной энергии образуются пары электрон - позитрон.

Всякая элементарная частица представляет собой сгусток энергии высочайшей концентрации, что видно из уже приводившейся формулы E=mc2. Почему при рождении частиц появляется атрибутивная веществу масса покоя, каков механизм этого рождения - пока в конкретно-научном плане здесь, насколько мне известно, сказать нечего. В отношении последнего вопроса, правда, надо высказать ряд важных для дальнейшего.

Представим построенный в гнилом месте и брошенный деревянный дом. Через пару десятков лет он сгниет, от него ничего не останется, ни формы, ни материи. Но допустим, что, построив дом, плотник занялся следующей странной деятельностью: вытащит доску из пола, выбросит и заменит на другую, потом также со следующей доской, бревнами, ставнями и т.д., и так все двадцать лет. Тогда по истечении этого срока дом сохранится как новенький.

Организм - это и есть такой дом. Он все время себя разбирает, для того, чтобы освободить место новому веществу. В этом смысле можно сказать, что диссимиляция первична по отношению к ассимиляции. Обмен веществ обеспечивает сохранение существования организма как себе тождественной формы.

Воспроизводство формы обеспечивается тем, что каждая клетка содержит генетический материал, единственная функция которого как раз и состоит в сохранении, несении структуры. Но эта единственная функция как раз и является сущностной. Все остальное ей подчинено. Гены спрятаны в сердцевине клетки за несколькими мембранами и слоем цитоплазмы. Вся жизнедеятельность организма посвящена обслуживанию генома. И он же, в конечном счете, ею управляет, ибо в нем же записана структура функционирования организменного целого.

Тем не менее, высокоразвитые организмы смертны. Несмотря на определенные успехи науки в решении проблемы увеличения продолжительности жизни, смерть индивида неизбежна. Среди возможных прочих причин, она неизбежна как следствие накопления генетических ошибок, то есть ошибок в процессе воспроизводства формы.

Индивиды смертны, но вечны (или, если так можно выразиться, "почти вечны") виды. Природа создала несколько обеспечивающих эту вечность механизмов, о двух из которых следует сказать сейчас. Первый - половое размножение. Появление потомства происходит только через процедуру взаимоконтроля генетического материала двух организмов. Ключ должен подходить к замку, и если одно из двух неисправно - продолжение невозможно. Второй же механизм заключается в дополнительном страховом звене, которым как раз и выступают сами индивиды. То же самое, что отдельный организм, индивид, делает с веществом своих клеток, сбрасывая с себя вечно меняющуюся и ненадежную материю во имя сохранения формы, вид делает с самими индивидами, сбрасывая с себя поколение за поколением индивидов и неся сквозь время свою "священную" сущность - видовую форму.

Окружающий нас мир, богат и разнообразен. Леса, озера, горы, степи, солнце, вода, воздух — все то, что человек не создавал своими руками, это и называется природой.. Ее познанию посвящали свою жизнь ученые разных стран мира. В результате изучения, исследований и опытов, сформировались науки, каждая из которых изучает определенные направления в природе. Более подробно рассмотрим в статье.

Греческое слово — «биология», переводится как учение о жизни, т.е. обо всем живом, что нас окружает.А окружает нас природа. Все живое имеет способность рождаться и умирать. Для поддержания жизни, всему живому, необходимо питаться, пить, дышать. Таким образом, биология изучает ту часть природы, которая живет.

Зародилась эта наука во времена античности, только, в то время, она не имела такого названия. В 19 веке был введен термин «биология», рядом ученых. С тех пор биологию стали выделять из наук естественных. Биология имеет много направлений — генетика, биофизика, анатомия, экология, ботаника и др.

Какая наука изучает неживую природу

Чтобы лучше понять законы неживой природы, науки были распределены следующим образом:

• физика — изучает общие вопросы природы, ее законы;
• химия — изучает вещества, их строения и свойства;
• астрономия — изучает планеты, их происхождение, свойства, строение;
• география изучает поверхность земли, климат, экономическое и политическое положение стран и их населенность.

Признаки живой природы

Каждый представитель живой природы обладает организмом, в котором происходят сложные химические процессы. Понять что перед вами — представитель живой или неживой природы, можно, если подумать:

1. Откуда взялся этот объект;
2. Нуждается ли он в еде и воде;
3. Есть ли у него способность двигаться — ходить, ползать, летать, плавать, поворачиваться к солнцу;
4. Нужен ли ему воздух;
5. Каковы сроки его жизни.

Свойства тел живой природы

Любые растения, животные, птицы, насекомые и даже человек имеют организм, который нуждается в питании, воде, воздухе.

• Рождение и рост — с появлением на свет, у каждого живого существа начинают делиться клетки, за счет чего происходит рост организма.
• Размножение — производство себе подобных, передача им генетической информации.
• Питание — для роста и развития необходима пища и вода, за счет чего растут клетки.
• Дыхание — если не будет воздуха, все живое умрет. Внутри клеток, которые есть у всех живых организмов, образуются химические процессы — высвобождение энергии.
• Способность двигаться. Все живые организмы передвигаются. Человек, при помощи ног, животные при помощи лап, рыбам помогают плавники, растения реагируют на солнечный свет и поворачиваются к нему. Движение некоторых организмов заметить достаточно трудно.
• Чувствительность — реагирование на звуки, свет, изменение температуры.
• Умирание — завершение жизни. Ничто живое не живет вечно, умирание может происходить по разным причинам. Естественная смерть настает, когда организм постареет и теряет способность к дальнейшей жизни.

Объекты живой природы примеры

Окружающий нас мир очень разнообразен. Все его объекты можно разделить на царства, их четыре: бактерии, грибы, растения, животные.

Царство животных, в свою очередь, делится на виды и подвиды.

Самые простейшие организмы в животном мире — простейшие. Они имеют одну клетку, которая имеет способность к обмену веществ, передвигается, имеет, в основном не четкие границы. Их размеры до того маленькие, что разглядеть их без микроскопа, практически невозможно. В природе их насчитывается 40000. К ним относятся: амеба, инфузория-туфелька, зеленая эвглена.

Следующий подвид — это многоклеточные животные. К ним относится большинство объектов животного мира — рыбы, птицы, животные домашние и дикие, пауки, тараканы, черви.

Все растения имеют возможность размножаться и расти. Они синтезируют солнечный свет, за счет чего происходит обмен веществ. Вода так же нужна растениям, без нее они погибнут.

К растениям относятся:

• деревья и кустарники;
• трава;
• цветы;
• водоросли.

Бактерии — самые древние жители нашей планеты, имеющие простейшее строение. Но, не смотря на это, они обладают функцией размножения. Среда обитания бактерий очень разнообразна — вода, земля, воздух и даже ледники и вулканы.

Признаки неживой природы

Оглянитесь вокруг и вы увидите много признаков неживой природы: солнце, луна, вода, камни, планеты. Им не требуется для жизни воздух и пища, они не могут размножаться, относительно устойчивы к изменениям. Горы стоят тысячи лет, солнце постоянно светит, планеты вращаются неизменно вокруг солнца, не меняя свой курс. Только глобальные катаклизмы могут разрушить объекты неживой природы. Несмотря на то, что эти объекты относятся к природе неживой, мы бесконечно восхищаемся их красотой.

Объекты неживой природы примеры

Объектов, которые представляют природу неживую, великое множество, некоторые из них способны видоизменяться.

• вода при пониженных температурах, преобразуется в лед;
• сосулька начинает таять, если на улице плюсовая температура.
• вода способна превращаться в пар при кипении.

К неживой природе относятся:

камни могут лежать на одном месте тысячи лет.

планеты неизменно крутятся вокруг солнца.

песок в пустыне — перемещается только под действием ветра.

Природные явления — молния, радуга, дождь, снег, солнечный свет — так же относится к неживой природе.

Отличительные признаки живой и неживой природы

• Живые организмы более сложно устроены, чем неживые. И те и другие состоят из химических веществ. Но в состав живых организмов входят нуклеиновые кислоты, белки, жиры, углеводы.

Нуклеиновые кислоты — признак живого организма. Они хранят и передают генетическую информацию (наследственность).

• Основой всего живого является клетка, из которой образуется ткань, а из нее система органов.
• Обмен веществ и энергии поддерживает жизнь и осуществляет связь с окружающей средой.
• Размножение — воспроизведение себе подобных, к примеру, у камней такой возможности нет, только если расколоть его.
• Раздражительность — если пнуть ногой камень, он вам не ответит, а если пнуть собаку, она начнет лаять и может укусить.
• Живые организмы способны приспосабливаться к окружающему миру, так, например, жираф имеет длинную шею, чтобы добывать пищу там, где другие животные ее не достанут. Если жирафа отправить в Арктику, он там погибнет, а вот белый медведь чувствует там себя прекрасно. Приспособляемость, в живом мире, называется эволюцией, которая, по большому счету, бесконечный процесс.
• Живым организмам свойственно развиваться — увеличиваться в размерах, расти.

Все, перечисленные выше, факторы, отсутствуют у объектов неживой природы.

Связь между объектами живой и неживой природы, рассказ на примерах

Невозможность существования друг без друга, живой и неживой природы, обуславливает их взаимосвязь. Все живое нуждается в воде, солнце и воздухе.

Человек, как особь живой природы, нуждается в воде — чтобы пить, в воздухе — чтобы дышать, земле — растить продукты питания, солнце — чтобы согреваться и получать витамин D. Если исчезнет хотя бы один из компонентов, человек погибнет.

Утка — птица, представитель живой природы. Свой дом она создает в зарослях камыша — связь с растительным миром. Пищу она добывает в воде, так как питается рыбой. Солнце ее согревает, ветер помогает летать. Вода и солнце вместе позволяют вырастить потомство.

Цветок растет из земли, для его роста нужна вода в виде дождя, для энергии нужен солнечный свет.

Корова — пасется на лугу (земле), питается травой, сеном, пьет воду. Трава и сено перерабатываются в ее организме и удобряют землю.

Схема связи живой и неживой природы

Хиральность - несовместимость объекта со своим зеркальным отражением любой комбинацией вращений и перемещений в трехмерном пространстве. Речь идет только об идеальном плоском зеркале. В нем правша превращается в левшу и наоборот.

Хиральность типична для растений и животных, и сам термин происходит от греч. χείρ - рука.

Есть правые и левые ракушки и даже правые и левые клювы у клестов (рис. 1).

«Зеркальность» распространена и в неживой природе (рис. 2).

Рис. 2. Фото с сайта scienceblogs.com («Троицкий вариант» №24(218), 06.12.2016)" border="0">

В последнее время стали модны «хиральные», т. е. зеркальные часы (обратите внимание на надпись на циферблате) (рис. 3).

И даже в лингвистике есть место хиральности! Это палиндромы: слова и предложения-перевертыши, например: Я УДАРЮ ДЯДЮ, ТЁТЮ РАДУЯ, Я УДАРЮ ТЁТЮ, ДЯДЮ РАДУЯ или ЛЕЕНСОН - УДАВ, НО ОН В АДУ НОС НЕ ЕЛ!

Очень важна хиральность для химиков и фармацевтов. Химия занимается объектами в наномасштабе (модное слово «нано» происходит от греч. νάννος - карлик). Хиральности в химии посвящена монография, на обложке которой (на фото справа ) - хиральные колонны и две хиральные молекулы гексагелицена (от helix - спираль).

А важность хиральности для медицины символизирует обложка июньского номера американского журнала Journal of Chemical Education за 1996 год (рис. 4). На боку добродушно виляющего хвостом пса изображена структурная формула пеницилламина. Пес смотрит в зеркало, а оттуда на него глядит страшный зверь с оскаленной клыкастой пастью, горящими огнем глазами и вставшей дыбом шерстью. На боку зверя изображена та же самая структурная формула в виде зеркального отображения первой. Название опубликованной в этом номере статьи о лекарственных хиральных средствах было не менее красноречивым: «Когда молекулы лекарств смотрятся в зеркало». Почему же «зеркальное отражение» так драматически изменяет облик молекулы? И как узнали, что две молекулы являются «зеркальными антиподами»?

Поляризация света и оптическая активность

Со времен Ньютона в науке шли споры о том, представляет ли свет собой волны или частицы. Ньютон полагал, что свет состоит из частиц с двумя полюсами - «северным» и «южным». Французский физик Этьен Луи Малюс, ввел понятие о поляризованном свете, с одним направлением «полюсов». Теория Малюса не подтвердилась, однако название осталось.

В 1816 году французский физик Огюстен Жан Френель высказал необычную для того времени идею о том, что световые волны - поперечные, как волны на поверхности воды.

Френель объяснил и явление поляризации света: в обычном свете колебания происходят хаотично, во всех направлениях, перпендикулярных направлению луча. Но, пройдя через некоторые кристаллы, например исландского шпата или турмалина, свет приобретает особые свойства: волны в нем колеблются только в одной плоскости. Образно говоря, луч такого света подобен шерстяной нитке, которую продернули через узкую щель между двумя острыми лезвиями бритвы. Если второй такой же кристалл поставить перпендикулярно первому, поляризованный свет через него не пройдет.

Отличить обычный свет от поляризованного можно с помощью оптических приборов - поляриметров; ими пользуются, например, фотографы: поляризационные фильтры помогают избавиться от бликов на фотографии, которые возникают при отражении света от поверхности воды.

Оказалось, что при прохождении поляризованного света через некоторые вещества плоскость поляризации поворачивается. Впервые это явление обнаружил в 1811 году французский физик Франсуа Доминик Араго у кристаллов кварца. Это связано со строением кристалла. Природные кристаллы кварца асимметричны, причем они бывают двух типов, которые отличаются по своей форме, как предмет от своего зеркального изображения (рис. 5). Эти кристаллы вращают плоскость поляризации света в противоположных направлениях; их назвали право- и левовращающими.

В 1815 году французский физик Жан Батист Био и немецкий физик Томас Иоганн Зеебек выяснили, что некоторые органические вещества, например сахар и скипидар, также обладают способностью вращать плоскость поляризации, причем не только в кристаллическом, но и в жидком, растворенном и даже газообразном состояниях. Оказалось, что каждый «цветовой луч» белого света поворачивается на разный угол. Сильнее всего поворачивается плоскость поляризации для фиолетовых лучей, меньше всего - для красных. Поэтому бесцветное вещество в поляризованном свете может стать окрашенным.

Как и в случае кристаллов, некоторые химические соединения могли существовать в виде как право-, так и левовращающих разновидностей. Однако оставалось неясным, с каким свойством молекул связано это явление: самый тщательный химический анализ не мог обнаружить между ними никаких различий! Такие разновидности веществ назвали оптическими изомерами, а сами соединения - оптически активными. Оказалось, что у оптически активных веществ есть и третий тип изомеров - оптически неактивные. Это обнаружил в 1830 году знаменитый шведский химик Йёнс Якоб Берцелиус: виноградная кислота С 4 Н 6 О 6 оптически неактивна, а винная кислота точно такого же состава обладает в растворе правым вращением. Но никто не знал, существует ли не встречающаяся в природе «левая» винная кислота - антипод правовращающей.

Открытие Пастера

Оптическую активность кристаллов физики связывали с их асимметричностью; полностью симметричные кристаллы, например кубические кристаллы поваренной соли, оптически неактивны. Причина же оптической активности молекул долгое время оставалась совершенно загадочной. Первое открытие, проливавшее свет на это явление, сделал в 1848 году никому тогда не известный французский ученый Луи Пастер. Еще в студенческие годы он заинтересовался химией и кристаллографией, работая под руководством вышеупомянутого Жана Батиста Био и видного французского химика-органика Жана Батиста Дюма. После окончания Высшей нормальной школы в Париже молодой (ему было всего 26 лет) Пастер работал лаборантом у Антуана Балара. Балар был уже известным химиком, который за 22 года до этого прославился открытием нового элемента - брома. Своему ассистенту он дал тему по кристаллографии, не предполагая, что это приведет к выдающемуся открытию.

В ходе исследования Пастер приготовил раствор натриево-аммониевой соли оптически неактивной виноградной кислоты и медленным выпариванием воды получил красивые призматические кристаллы этой соли. Кристаллы эти, в отличие от кристаллов виноградной кислоты, оказались асимметричными. У части кристалликов одна характерная грань находилась справа, а у других - слева, причем по форме два типа кристаллов были как бы зеркальным отражением друг друга.

Тех и других кристаллов получилось поровну. Зная, что в подобных случаях кристаллы кварца вращают в разные стороны, Пастер решил проверить, не будет ли наблюдаться это явление и на полученной им соли. Вооружившись увеличительным стеклом и пинцетом, Пастер аккуратно разделил кристаллы на две кучки. Их растворы, как и следовало ожидать, обладали противоположным оптическим вращением, а смесь растворов была оптически неактивной (правая и левая поляризации взаимно компенсировались). Пастер на этом не остановился. Из каждого из двух растворов с помощью сильной серной кислоты он вытеснил более слабую органическую кислоту. Можно было предположить, что в обоих случаях получится исходная виноградная кислота, которая оптически неактивна. Однако оказалось, что из одного раствора образовалась вовсе не виноградная, а известная правовращающая винная кислота, а из другого раствора получилась тоже винная кислота, но вращающая влево! Эти кислоты получили название d -винной (от лат. dexter - правый) и l- винной (от лат. laevus - левый). В дальнейшем направление оптического вращения стали обозначать знаками (+) и (–), а абсолютную конфигурацию молекулы в пространстве - буквами R и S . Итак, неактивная виноградная кислота оказалась смесью равных количеств известной «правой» винной кислоты и ранее неизвестной «левой». Именно поэтому равная смесь их молекул в кристалле или в растворе не обладает оптической активностью. Для такой смеси стали применять название «рацемат», от лат. racemus - виноград. Два антипода, дающие при смешении в равных количествах оптически неактивную смесь, получили название энантиомеров (от греч. έναντίος - противоположный).

Поняв значение своего эксперимента, Пастер выбежал из лаборатории и, встретив лаборанта физического кабинета, бросился к нему и воскликнул: «Я только что сделал великое открытие!» Кстати, Пастеру очень повезло с веществом: в дальнейшем химики обнаружили всего несколько подобных случаев кристаллизации при определенной температуре смеси оптически различных кристалликов, достаточно крупных, чтобы их можно было под лупой разделить пинцетом.

Пастер открыл еще два метода разделения рацемата на два антипода. Биохимический метод основан на избирательной способности некоторых микроорганизмов усваивать только один из изомеров. Во время посещения Германии один из аптекарей дал ему давно стоявшую склянку с виноградной кислотой, в которой завелась зеленая плесень. В своей лаборатории Пастер обнаружил, что бывшая когда-то неактивной кислота стала левовращающей. Оказалась, что зеленый плесневой грибок Penicillum glaucum «поедает» только правый изомер, оставляя левый без изменения. Такое же действие оказывает эта плесень на рацемат миндальной кислоты, только в данном случае она «поедает» левовращающий изомер, не трогая правовращающий.

Третий способ разделения рацематов был чисто химическим. Для него нужно было иметь оптически активное вещество, которое при взаимодействии с рацемической смесью по-разному связывалось бы к каждым из энантиомеров. В результате два вещества в смеси не будут антиподами (энантиомерами) и их можно будет разделить как два разных вещества. Это можно пояснить такой моделью на плоскости. Возьмем смесь двух антиподов - Я и R. Их химические свойства одинаковые. Внесем в смесь несимметричный (хиральный) компонент, например Z, который может реагировать с каким-либо участком в этих энантиомерах. Получим два вещества: ЯZ и ZR (или ЯZ и RZ). Эти структуры не являются зеркально симметричными, поэтому такие вещества будут чисто физически различаться (температурой плавления, растворимостью, еще чем-нибудь) и их можно разделить.

Пастер сделал еще много открытий, в числе которых прививки против сибирской язвы и бешенства, ввел методы асептики и антисептики.

Исследование Пастера, доказывающее возможность «расщепления» оптически неактивного соединения на антиподы - энантиомеры, первоначально вызвало у многих химиков недоверие, однако, как и последующие его работы, привлекло самое пристальное внимание ученых. Вскоре французский химик Жозеф Ашиль Ле Бель с помощью третьего пастеровского метода расщепил несколько спиртов на оптически активные антиподы. Немецкий химик Иоганн Вислиценус установил, что существуют две молочные кислоты: оптически неактивная, образующаяся в скисшем молоке (молочная кислота брожения), и правовращающая, которая появляется в работающей мышце (мясомолочная кислота). Подобных примеров становилось всё больше, и требовалась теория, объясняющая, чем же отличаются друг от друга молекулы антиподов.

Теория Вант-Гоффа

Такую теорию создал молодой голландский ученый Якоб Хендрик Вант-Гофф, который в 1901 году получил первую в истории Нобелевскую премию по химии. Согласно его теории, молекулы, как и кристаллы, могут быть хиральными - «правыми» и «левыми», являясь зеркальным отражением друг друга. Простейший пример - молекулы, в которых имеется так называемый асимметрический атом углерода, окруженный четырьмя разными группами. Это можно продемонстрировать на примере простейшей аминокислоты аланина. Две изображенные молекулы невозможно совместить в пространстве никакими поворотами (рис. 6, вверху).

Многие ученые отнеслись к теории Вант-Гоффа недоверчиво. А известный немецкий химик-органик, выдающийся экспериментатор, профессор Лейпцигского университета Адольф Кольбе разразился резкой до неприличия статьей в Journal für praktische Chemie с ехидным названием «Zeiche der Zeit» («Приметы времени»). Он сравнивал теорию Вант-Гоффа с «отбросами человеческого ума», с «кокоткой, наряженной в модные одежды и покрывшей лицо белилами и румянами, чтобы попасть в порядочное общество, в котором для нее нет места». Кольбе писал, что «некоему доктору Вант-Гоффу, занимающему должность в Утрехтском ветеринарном училище, очевидно, не по вкусу точные химические исследования. Он счел более приятным сесть на Пегаса (вероятно, взятого напрокат из ветеринарного училища) и поведать миру то, что узрел с химического Парнаса... Настоящих исследователей поражает, как почти неизвестные химики берутся так уверенно судить о высочайшей проблеме химии - вопросе о пространственном положении атомов, который, пожалуй, никогда не будет решен... Такой подход к научным вопросам недалек от веры в ведьм и духов. А таких химиков следовало бы исключить из рядов настоящих ученых и причислить к лагерю натурфилософов, совсем немногим отличающихся от спиритов ».

Со временем теория Вант-Гоффа получила полное признание. Каждый химик знает, что, если в смеси поровну «правых» и «левых» молекул, вещество в целом будет оптически неактивным. Именно такие вещества и получаются в колбе в результате обычного химического синтеза. И только в живых организмах, при участии асимметричных агентов, например ферментов, образуются асимметричные соединения. Так, в природе преобладают аминокислоты и сахара́ только одной конфигурации, а образование их антиподов подавлено. В некоторых случаях разные энантиомеры можно различить и без всяких приборов - когда они по-разному взаимодействуют с асимметрическими рецепторами в нашем организме. Яркий пример - аминокислота лейцин: ее правовращающий изомер сладкий, а левовращающий - горький.

Конечно, тут же возникает вопрос о том, как же появились на Земле первые оптически активные химические соединения, например та же природная правовращающая винная кислота, или как возникли «асимметричные» микроорганизмы, питающиеся только одним из энантиомеров. Ведь в отсутствие человека некому было осуществлять направленный синтез оптически активных веществ, некому было разделять кристаллы на правые и левые! Однако подобные вопросы оказались настолько сложными, что однозначного ответа на них нет и поныне. Ученые сходятся лишь в том, что существуют асимметричные неорганические или физические агенты (асимметричные катализаторы, поляризованный солнечный свет, поляризованное магнитное поле), которые могли дать начальный толчок асимметрическому синтезу органических веществ. Похожее явление мы наблюдаем и в случае асимметрии «вещество - антивещество», поскольку все космические тела состоят только из вещества, а отбор произошел на самых ранних стадиях образования Вселенной.

Хиральные лекарства

Химики часто относятся к энантиомерам как к одному соединению, поскольку их химические свойства идентичны. Однако их биологическая активность может быть совершенно различной. Человек - существо хиральное. И это относится не только к его внешнему виду. «Правые» и «левые» лекарства, взаимодействуя с хиральными молекулами в организме, например с ферментами, могут действовать по-разному. «Правильное» лекарство подходит к своему рецептору как ключ к замку и запускает желаемую биохимическую реакцию. Действие же «неправильного» антипода можно уподобить попытке пожать правой рукой левую руку своего гостя. Необходимость в оптически чистых энантиомерах объясняется также тем, что часто только один из них обладает требуемым терапевтическим эффектом, тогда как второй антипод может в лучшем случае быть бесполезным, а в худшем - вызвать нежелательные побочные эффекты или даже быть токсичным. Это стало очевидным после нашумевшей трагической истории с талидомидом - лекарственным средством, которое назначали в 1960-е годы беременным женщинам как эффективное снотворное и успокаивающее. Однако со временем проявилось его побочное тератогенное (от греч. τέρας - чудовище) действие, и на свет появилась масса младенцев с врожденными уродствами. Лишь в конце 1980-х годов выяснилось, что причиной несчастий был только один из энантиомеров талидомида - правовращающий - и только левовращающий изомер является мощным транквилизатором (рис. 6, внизу). К сожалению, такое различие в действии лекарственных форм раньше не было известно, поэтому продаваемый талидомид был рацемической смесью обоих антиподов. Они отличаются взаимным расположением в пространстве двух фрагментов молекулы.

Еще один пример. Пеницилламин, структура которого была нарисована на собаке и волке на обложке журнала, - довольно простое производное аминокислоты цистеина. Это вещество применяют при острых и хронических отравлениях медью, ртутью, свинцом, другими тяжелыми металлами, так как оно обладает способностью давать прочные комплексы с ионами этих металлов; образующиеся комплексы удаляются почками. Применяют пеницилламин также при различных формах ревматоидного артрита, в ряде других случаев. При этом применяют только «левую» форму препарата, так как «правая» токсична и может привести к слепоте.

Бывает и так, что каждый энантиомер обладает своим специфическим действием. Так, левовращающий S -тироксин (лекарственный препарат левотроид) - это природный гормон щитовидной железы. А правовращающий R -тироксин (декстроид) понижает содержание холестерина в крови. Некоторые производители придумывают для подобных случаев торговые названия-палиндромы, например, darvon и novrad для синтетического наркотического анальгетика и препарата от кашля соответственно.

В настоящее время многие лекарственные средства выпускаются в виде оптически чистых соединений. Их получают тремя методами: разделением рацемических смесей, модификацией природных оптически активных соединений и прямым синтезом. Последний также требует хиральных источников, поскольку любые другие традиционные методы синтеза дают рацемат. Это, кстати, одна из причин очень высокой стоимости некоторых лекарств, поскольку направленный синтез только одного из них - сложная задача. Поэтому не удивительно, что из множества синтетических хиральных препаратов, выпускаемых во всем мире, лишь небольшая часть является оптически чистой, остальные - рацематы.

О хиральности молекул см. также:
Глава Происхождение хиральной чистоты из книги Михаила Никитина

Долгое время в науке господствовали два основных подхода к решению вопроса о сущности жизни: механицизм и витализм. Механистический материализм, характерный для классической науки Нового времени, не признавал качественной специфики живых организмов и представлял жизненные процессы как результат действия химических и физических процессов. Поэтому механицизм отождествлял живые организмы со сложными машинами.

Противоположной точкой зрения придерживался витализм, который объяснял качественное отличие живого от неживого наличием в живых организмах особой "жизненной силы", отсутствующей в неживых предметах и не подчиняющейся физическим законам. Такое решение проблемы сущности жизни тесно связано с признанием факта творения ее Богом, иным разумным началом и т.д.

Ученым удалось точно установить, что качественное отличие живого от неживого заключено в структуре их соединений, строении и связях, особенностях функций, характеристике и организации протекающих внутри организма процессов. Кроме того, жизнь отличается динамичностью и лабильностью. Но при этом можно говорить о полном тождестве химических элементов, входящих в состав живого и неживого.

Современная биология в вопросе о сущности жизни все чаще идет по пути перечисления основных свойств живых организмов. Б.М. Медников называет жизнью активное, идущее с затратой энергии поддержание и воспроизведение специфических структур, обладающих следующими свойствами: наличием генотипа и фенотипа; репликацией генетических программ матричным способом; неизбежностью ошибок на микроуровне при репликации, приводящих к мутациям; многократное усилие этих изменений в ходе формирования фенотипа и их селекция со стороны факторов внешней среды.

При этом организм воспроизводит себя и поддерживает свою целостность за счет использования элементов окружающей среды с более низкой упорядоченностью. Отличия живых организмов от неживых систем придают жизни качественно новые свойства. Живым организмам присущи определенные специфические свойства, которые часто в той или иной степени характерны и для неживой природы, что подчеркивает единство эволюционных процессов. Совокупность и характер проявления этих свойств определяют сущность жизни. Поэтому для понимания сущности жизни необходимо установить путем сравнительного анализа, что такое живое и чем оно отличается от неживого.

Единство химического состава . В состав живых организмов и неживых предметов входят одни и те же химические элементы, но соотношение элементов в живом и неживом существенно различается. Элементный состав неживой природы наряду с кислородом представлен в основном кремнием, железом, магнием, алюминием и т.д. В живых организмах, как уже отмечалось ранее, 98% химического состава приходится на четыре элемента: углерод, кислород, азот и водород. Кроме того, живые организмы построены в основном из четырех сложных органических молекул - биологических полимеров: нуклеиновых кислот, белков, полисахаридов, жиров, которые очень редко встречаются в неживой природе.

Обмен веществ . Все живые организмы способны к обмену веществ с окружающей средой: они поглощают из нее необходимые вещества и выделяют продукты своей жизнедеятельности. Обмен веществ - двусторонний процесс: во-первых, в результате ряда сложных химических превращений вещества из окружающей среды употребляются органическими веществами живого организма, и из них строится его тело; во-вторых, сложные органические соединения распадаются на простые, при этом утрачивается их сходство с веществами организма и выделяется энергия, необходимая для реакций биосинтеза. Обмен веществ обеспечивает постоянство химического состава и строения всех частей организма и, как следствие, постоянство их функционирования в непрерывно меняющихся условиях окружающей среды, т.е. обеспечивает гомеостаз. В неживой природе также существует обмен веществ, но там круговорот веществ сводится только к простому переносу их с одного места на другое или изменение их агрегатного состояния.

Самовоспроизведение и наследственность . При размножении живых организмов потомство похоже на родителей, что дает основание утверждать, что размножение - это свойство организмов воспроизводить себе подобных. В основе самовоспроизведения лежит образование новых молекул и структур на основе информации, заложенной в ДНК. Благодаря репродукции не только целые организмы, но и клетки, органоиды клеток после деления сходны со своими прототипами. Следовательно, самовоспроизведение часто связано с наследственностью - способностью организмов к передаче свойств, признаков, особенностей развития из поколения в поколение, что обуславливает преемственность поколений.

Изменчивость развитие . Под изменчивостью в естествознании понимают способность организмов приобретать новые признаки и свойства на основе изменения молекул ДНК. Изменчивость дает разнообразный материал для естественного отбора и соответственно предпосылки для развития и роста живых организмов. Развитие - это необратимое направленное закономерное изменение объектов живой природы. В результате развития возникает качественное новое состояние живой системы развитие живой формы существования материи представлено индивидуальным развитием организмов, а увеличение его массы обусловлено репродукцией макромолекул, элементарных структур клеток и самих клеток.

Раздражимость . Любой живой организм неразрывно связан с окружающей средой: он поглощает необходимые вещества, подвергается воздействию неблагоприятных факторов среды, вступает в взаимодействие с другими организмами. В процессе эволюции у живых организмов выработало и закрепилось свойство раздражимости - избирательной реакции на внешние воздействия. Всякое изменение окружающих условий среды по отношению к организму представляет собой раздражение, а реакция организма на внешние раздражители служит показателям его чувствительности и проявлением раздражимости.

Ритмичность . Неотъемлемым свойством природы является последовательная закономерная смена циклов. Периодические изменения в окружающей среде оказывают существенное влияние на живую природу и на собственные жизненные ритмы живых организмов. В живых системах ритмичность проявляется в периодических изменениях интенсивности физиологических функций с различными периодами их активации (от нескольких секунд до столетия): суточные ритмы сна и бодрствования у человека, сезонные ритмы активности и спячки у некоторых млекопитающих и др. Ритмичность обеспечивает согласование функций организма и окружающей среды, т.е. приспособление к периодически изменяющимся условиям существования.

Саморегуляция . Все живые организмы способны поддерживать постоянство своего химического состава и интенсивность физиологических процессов в постоянно меняющихся условиях окружающей среды. При недостаток каких-либо питательных веществ мобилизует внутренние ресурсы организма, а при избытке какого-либо вещества его синтез вызывает усиленное размножение оставшихся клеток до нормально возникает сигнал о снижении интенсивности клеточного деления.

Дискретность . Как уже было отмечено, жизнь на Земле существует в виде дискретных форм, т.е. биосфера в целом и каждый отдельный организм состоят из обособленных и ограниченных в пространстве, но связанных и взаимодействующих частей, образующих структурно-функциональное единство. Дискретность строения организма - основа его структурной упорядоченности. Она создает возможность постоянного самообновления организма путем замены отживших структурных элементов без прекращения его функционирования. Дискретность вида предопределяет возможность его эволюции через гибель или невозможность размножения неприспособленных особей и сохранения особей с полезными для выживания признаками.

Все живые организмы питаются, дышат, растут, размножаются и распространяются в природе. Эти признаки должны быть отражены в определении жизни. В современном естествознании понятием "жизнь" или "живое" обозначается высшая из природных форм движения материи, которая характеризуется самообновлением, саморегуляцией и самовоспроизведением равноуровневых открытых систем, основу которых составляют белки, нуклеиновые кислоты и фосфорорганические соединения.

Видео: Биология (Подготовка к ЕГЭ), 11-й класс: 1 занятие.



Введение

Грандиозное многообразие окружающего нас мира распадается на две большие области: неживую и живую природу. Природа - материальный мир Вселенной, в сущности - основной Объект изучения науки. В быту слово «природа» часто употребляется в значении естественная среда обитания. Основные естественные науки, посвященные изучению неживой природы, - это астрономия, физика и химия. Исследованием живой природы занимается биология (от греч. bios - жизнь и logos - учение, наука).

Представленная работа посвящена теме "Отличие живой природы от неживой".

Вопросам исследования посвящено множество работ. В основном материал, изложенный в учебной литературе, носит общий характер.

Актуальность настоящей работы обусловлена большим интересом к теме различия живой и неживой природ в современной науке. Рассмотрение вопросов связанных с данной тематикой носит как теоретическую, так и практическую значимость.

В рамках достижения поставленной цели нами были поставлены и решены следующие задачи:

1. Провести анализ живой природы

2. Провести анализ неживой природы

3. Раскрыть сущность теории биологической эволюции

4. Изучить гипотезы происхождения жизни

5. Сравнить живую и неживую природу и выявить различия

Работа имеет традиционную структуру и включает в себя введение, основную часть, состоящую из 5 глав, заключение и список литературы.

Живая природа

Живая природа - совокупность организмов. Делится на пять царств: бактерии, грибы, растения и животные. Живая природа организуется в экосистемы, которые составляют биосферу. Основной атрибут живой материи - генетическая информация, проявляющаяся в репликации и мутации. Развитие живой природы привело к появлению человечества.

Интерес к познанию живой природы возник у человека очень давно, еще в первобытную эпоху, и был тесно связан с его важнейшими потребностями: в пище, лекарствах, одежде, жилье и т.п. Однако только в первых древних цивилизациях люди стали целенаправленно и систематически изучать живые организмы, составлять перечни животных и растений, населяющих разные регионы земли. Наука, занимающаяся изучением живой природы, получила название биология. В настоящее время биология представляет собой целый комплекс наук о живой природе. Причем существуют различные классификации последних. Например, по объектам исследования биологические науки подразделяются на вирусологию, бактериологию, ботанику, зоологию и антропологию.

По уровню организации живых объектов выделяются следующие науки:

· анатомия, посвященная изучению макроскопического строения животных;

· гистология, исследующая строение тканей;

· цитология, изучающая клетки, из которых состоят все живые организмы.

По свойствам, или проявлениям живого, биология включает в свой состав:

· морфологию - науку о структуре, или строении живых организмов;

· физиологию, которая изучает их функционирование;

· молекулярную биологию, исследующую микроструктуру живых тканей и клеток;

· экологию, рассматривающую образ жизни растений и животных и их взаимосвязи с окружающей средой;

· генетику, которая изучает законы наследственности и изменчивости живых организмов.

Все эти классификации в известной степени условны и относительны и пересекаются друг с другом в различных пунктах. Такая многоплановость комплекса биологических наук во многом обусловлена необычайным многообразием живого мира.

К настоящему времени учеными обнаружено и описано более одного миллиона видов животных, около полумиллиона видов растений, несколько сотен тысяч видов грибов, более трёх тысяч видов бактерий. Причем мир живой природы исследован далеко не полностью. Число пока еще не описанных видов живого оценивается, по меньшей мере, в один миллион. Кроме того, огромное количество видов живых организмов давно вымерло. По современным научным данным за все время развития жизни на Земле существовало колоссальное количество различных видов живых существ - приблизительно пятьсот миллионов.

Понятно, что живая природа представляет собой качественно новый, более высокий уровень организации материи, или виток мировой эволюции, поднявшийся на необыкновенную высоту по сравнению со ступенью неживой природы. В чем же заключается столь радикальное отличие живой природы от неживой? Интуитивно все понимают, что такое живое и что - неживое. Однако при попытке определить сущность живого возникают трудности. Оказывается, ответить на вопрос о том, что такое жизнь, довольно непросто.

Например, широко известно определение, предложенное немецким философом XIX в. Фридрихом Энгельсом, согласно которому жизнь - это способ существования белковых тел, важной особенностью которого является постоянный обмен веществ с окружающей их внешней природой. Тем не менее, живая мышь, например, и горящая свеча с физико-химической точки зрения находятся в одинаковом состоянии обмена веществ с внешней средой, равно потребляя кислород и выделяя углекислый газ, но в одном случае - в результате дыхания, а в другом - в процессе горения. Данный пример показывает, что обмениваться веществами с окружающей средой могут и неживые объекты; т.е. обмен веществ является хотя и необходимым, но недостаточным критерием определения жизни. То же самое можно сказать и о белковой природе живых объектов. Так американский ученый Ф. Типлер в своей книге «Физика бессмертия» говорит следующее: «Мы не хотим привязывать определение жизни к молекуле нуклеиновой кислоты, потому что можно вообразить себе существование жизни, которая к этому определению не подходит. Если к нам в космический корабль явится внеземное существо, химическую основу которого составляет не нуклеиновая кислота, то нам все равно захочется признать его живым» Цит. по: Концепции современного естествознания. М.: ЮНИТИ, 1997. С. 159..

Таким образом, невозможно указать только на один какой-нибудь главный, или основополагающий признак, по которому различаются объекты живой природы и неживой. Поэтому современная биология при определении и описании живого исходит из необходимости перечисления нескольких принципиальных свойств живых организмов. При этом подчеркивается, что только совокупность этих свойств может дать представление о специфике жизни. К таким свойствам, или признакам, относятся следующие:

· Живые организмы характеризуются гораздо более сложным устройством, чем неживые тела.

· Любой организм для поддержания своей жизнедеятельности получает энергию из окружающей среды. Большая часть организмов прямо или косвенно использует солнечную энергию.

· Живые организмы активно реагируют на окружающую среду. Если, например, вы толкнете камень, то он пассивно сдвинется с места, а если толкнуть животное, то оно отреагирует активно: убежит, нападет, изменит форму и т.д. Способность реагировать на внешние раздражения - это всеобщее свойство живых существ, как растений, так и животных.

· Живые организмы могут не только изменяться, они также и усложняются. Так, например, у растения появляются новые ветви, а у животного- новые органы, значительно отличающиеся и по внешнему виду, и по устройству от тех, которые их породили.

· Все живое размножается. Причем потомство и похоже на родителей, и в то же время чем-то от них отличается.

· Сходство потомства с родителями обусловлено еще одной важной особенностью живых организмов - способностью передавать потомкам заложенную в них наследственную информацию, которая содержится в генах (от греч. genos - происхождение) - мельчайших и очень сложно утроенных частицах, находящихся в ядрах клеток живых организмов. Генетический материал направляет развитие организма. Вот почему потомки похожи на родителей. Однако наследственная информация в процессе жизни организма, а также во время передачи несколько искажается или меняется. В связи с этим потомки не только похожи на родителей, но и отличаются от них.

· Живые организмы хорошо приспособлены к среде своего обитания. Строение птицы, рыбы, лягушки, дождевого червя полностью соответствует тем условиям, в которых они живут. Этого никак нельзя сказать о неживых телах: камню, например, «все равно», где находиться - он может лежать на дне реки или валяться в поле, или летать вокруг Земли в качестве ее естественного спутника. Однако если мы заставим, например, птицу жить в речных глубинах, а рыбу - в лесу, то эти живые существа, конечно же, погибнут. Говоря проще, основные отличия живого от неживого заключаются в том, что все живые организмы питаются, дышат, растут и размножаются, а неживые тела не питаются, не дышат, не растут и не размножаются.

Исследуя живой организм, биохимик отвечает на ряд вопросов:

1. Из каких химических соединений состоит клетка, ткань, орган или организм в целом?

2. Как взаимосвязаны эти химические соединения, как они образуются и взаимопревращаются?

3. Каким образом регулируются взаимопревращения веществ?

4. Чем биохимически отличается изучаемая клетка, ткань, орган от других клеток, тканей, органов, чем определяется выполнение ими их специфических функций ворганизме?

5. Как связаны превращения веществ с превращениями энергии?

В живой природе также можно выделить основные структурные уровни, или ступени сложности. Первый из них - это молекулярный уровень, представляющий собой предельно малые объекты живого, а именно молекулы ДНК, в которых заключена наследственная информация живых организмов. Следующий уровень является клеточным, за ним следуют органно-тканевый и организменный уровни. Далее идут популяционно-видовой и биогеоценотический, или экосистемный уровни. Биогеоценоз (экосистема)- это участок Земли со всеми живыми организмами, которые его населяют, и неживой среды их обитания; говоря иначе, со всеми компонентами составляющей его живой и неживой природы. Примерами биогеоценозов, или экосистем могут служить лес, озеро, поле и т.п. Завершающей ступенью в иерархии уровней организации живого мира является биосфера, которая представляет собой всю совокупность живых организмов Земли вместе с окружающей их природной средой.

О том, каковы современные научные представления об эволюции и происхождении живой природы, мы поговорим позже.