В одной из своих последних статей академик В.Л. Гинзбург [1] определил три великих проблемы, стоящих перед современной физикой. И в перечне этих великих проблем, был и вопрос, являющийся предметом обсуждения в этой статье. Ответ на него возможно искать только на стыке двух фундаментальных наук – физики и биологии, или иными словами, в биофизике. Многие известные ученые пытались тем или иным способом дать определение жизни.

Бактериофаг это вирус и относиться к классу " Грибы и вирусы ". бактериофаг не клетка ! Обитают в живых организмах и средах : в воде . Самая большая коллекция бактериофагов живёт в реке ГАНГ в Индии. В родниках присутствует только один вид . В сказках говориться "возьми воду из 3-х или 7-ми родников и окрапи раны или оживи героя ..." Этот рецепт знали предки и называли " целебная вода родников " и животные лечатся водой с бактериофагами из родников и рек.

В 1944 году в Кембридже вышла в свет книга Эрвина Шрёдингера “What is the Life? The Physycal Aspects of a Living Cell” (последнее издание в русском переводе: “Что такое жизнь? Физический аспект живой клетки» [2]), в которой он выдвинул идею атомно-молекулярного подхода к изучению феномена жизни.

За прошедшие со времени появления этой замечательной книги 68 лет, воззрения на эту проблему достаточно сильно изменились, хотя метафора Шредингера – «Жизнь – это существование апериодических кристаллов» оказала довольно сильное воздействие на прогресс в этой области. В 1953 году появилась первая работа, посвященная двойной спирали ДНК, возникла новая наука - молекулярная генетика.

Начало ХХI века открыло новые, еще более фантастические направления исследований. Развитие нанотехнологий привело к созданию принципиально нового: нанобиопокрытия, нанобиоконтейнеры, нанобиодвигатели. Создаются биокомпьютеры на основе биочипной технологии. Медицина начала преобразовываться в биомедицину, в основе которой лежит восстановление функций каждого человека с учетом специфики индивидуального генетического портрета. Всё это позволяет посмотреть на проблему определения жизни с несколько иной точки зрения, тем точка зрения, которую изложил Эрвин Шредингер 68 лет назад. Попытаемся увидеть, как отвечает на вопрос «Что такое жизнь?» современная биофизика.

Пытаясь дать определение живой материи, обычно начинают перечислять признаки, характерные для живого. Однако детальное рассмотрение этих признаков с неизбежностью приводит нас к выводу, что все эти признаки встречаются и в неживой природе. Перечисление наиболее часто используемых признаков можно найти в замечательной статье известного биофизика, доктора физико-математических наук, члена-корреспондента РАН, Генриха Романовича Иваницкого [3] До сих пор не удалось выявить ни одного признака, который был бы присущ только живой материи. Более того, сейчас стало понятно, что поиск такого признака является занятием малоперспективным.В пользу последнего утверждения свидетельствует факт существования в природе таких образований, как вирус или бактериофаг (рис.1), которых нельзя назвать живыми в полном смысле этого слова.

[показать] [показать]

Рис.1

Первым выдающимся результатом в переходе от описания неживой системы к описанию живой стало разрешение энергетической проблемы. Оказалось, что для появления необратимости в развитии макросистем нет необходимости непрерывном обмене энергией с внешней для нее системы. Необратимость возникает из-за кинетической природы процессов, происходящих в живой системе за счет их собственного аккумулированного запаса энергии и неравновесности самих этих систем. Подтверждением этого вывода является, например, существование ряда белков, способных поглощать кванты света одной частоты и испускать излучение другой частоты, используя разность энергий излучения на нужды живой материи. Хлорофиллы и родопсины являются настоящими аккумуляторами энергии в живой природе, обеспечивающими рост и развитие живой материи.

Следующим шагом в переходе от неживой материи к живой стал эффект структуризации живой материи, что с необходимостью привело к увеличению продолжительности её существования. Строго доказано, что преобразование однородной системы в систему, содержащую множественные кластеры (гетерогенность), приводит к увеличению продолжительности жизни системы. Хорошим примером такого кластера является, например, обычный мыльный пузырь, представляющий собой газовый кластер, окруженный оболочкой. И время жизни такого кластера является сугубо кинетической характеристикой.

Исследования, проводимые в последнее время, убедительно показали, что во всех этих задачах важен не столько термодинамический подход, являющийся, по сути, усредненным, не позволяющим отследить все детали процесса, сколько кинетика относительно движения частиц с учетом влияния окружающей их среды. Да и сам термодинамический подход имеет смысл только для состояния систем, близких к термодинамическому равновесию. В своей статье [3] Г.Р. Иваницкий отмечает :
- Все разговоры об “энтропийных тенденциях” биологической эволюции и живой материи основаны на недоразумении. Согласно термодинамическим критериям любая биологическая система упорядочена не больше, чем кусок горной породы того же веса. Их различие заключается в кинетике и способности запоминать удачные обстоятельства структурирования.

Вопросы, связанные с возможностью живой системы запоминать удачные обстоятельства структурирования будут обсуждаться в последующих статьях этого цикла.

В последнее время предпринимаются попытки описать живую материю на основе теории информации. В этом подходе к обсуждаемому вопросу есть один, но очень серьезный подводный камень. Проблема этого подхода заключается в том, что для живой материи важным оказывается не количество информации, а ее качество. Информация вообще для живой системы неважна, важна ее ценность. Вот тут и всплывает основная проблема. Дело в том, что для оценки качества информации, ее ценности нужно ответить на главный вопрос – в чем цель живого? Если ответ на этот вопрос известен, то и сформулировать критерий ценности информации не составит особого труда. Для этого в теории информации существует множество методик. Вся проблема упирается в одно – как определить цели живых организмов и вообще, существуют ли эти цели? Каковы цели у травы, водорослей, деревьев, кроме как их существования. Иными словами, их целью является последовательность: рождение – питание – рост – размножение – смерть? Ведь если допустить, что у живого таковая цель имеется это будет означать, что эту цель кто-то поставил, сформулировал, создавая этот вид живой материи. Или она возникла случайно из ничего. Первое утверждение с необходимостью приводит нас к Создателю, а вторая будет свидетельствовать о том, что неупорядоченность или хаос является источником всякого порядка и несет в себе организующее начало. Во втором случае необходимо понять, каким образом из случайности может возникнуть упорядоченность.
К ответу на этот вопрос мы обратимся в последующих статьях этого цикла.

На фото под микроскопом: Бактериофаг.Он больше похож на робота!!!!Так впечатлил,что поместила и эту картинку:))

[показать]

Литература

1. В.Л. Гинзбург, Какие проблемы физики и астрофизики представляются сейчас особенно важными и интересными.- Успехи физических наук, Т.169, №4, 1999, с. 419 – 441.
   • Э.Шредингер, Что такое жизнь? Физический аспект живой клетки. – R&C Dynamics, Москва-Ижевск, 2002.
     • Г.Р.Иваницкий, XX1 век: что такое жизнь с точки зрения физики, - Успехи физических наук, т. 180, №4, 2010, с. 337 - 369

Алексей Гопман
специально для портала “ОКО ПЛАНЕТЫ”

Не дожидаясь продолжения,поискала и вот что НАШЛА!

Взаимовыручка на уровне молекул

Концепция РНК-мира, по которой жизнь на Земле началась с РНК, держится на каталитических свойствах некоторых молекул РНК. Однако до сих пор учёным не удавалось добиться от таких РНК полной саморепликации, а воспроизведение информации — это ведь ключевой момент для начала эволюции.

Исследователям из нескольких научных центров в США (среди которых Университет Портленда, Стэнфорд и Гарвард) удалось решить эту проблему. Они показали, как РНК могут дать материал для эволюции без самокопирования.

[показать]

Схема молекулы рибозима (рисунок Laguna Design).

За основу учёные взяли сотрудничество между молекулами, и это главная идея их работы.

В качестве модели они использовали 200-нуклеотидные рибозимы. Эти РНК могут зашивать разрывы в самих себе, если они случились в определённой последовательности нуклеотидов. Каталитический центр рибозима должен узнать место разрыва, то есть его нуклеотиды должны быть комплементарны тем, что находятся в разрыве. Разумеется, рибозим может таким образом заделать дыру не только в себе самом, но и в чужой молекуле.

[показать]

Молекула РНК с рибозимом.

Если же изменить последовательность каталитического центра рибозима, ввести в него мутацию, изменится и его специфичность. Скажем, если центр с нуклеотидами GAG ремонтировал разрыв между нуклеотидами CUC, то при мутации GAG в GCG он будет чинить уже не CUC, а CGC — в силу изменившейся комплементарности. А теперь представим, что у какого-то рибозима каталитический сайт мутировал, а сайты разрывов в его молекуле остались прежними. В этом случае он не сможет ремонтировать сам себя, зато в состоянии починить другую молекулу. А этот другой рибозим, наоборот, может предложить свои услуги первому.

Именно такой эксперимент и был поставлен, только вместо двух сотрудничающих рибозимов исследователи использовали три. Все молекулы были разрезаны пополам; при этом ни одна не могла отремонтировать сама себя, но была способна отремонтировать кого-то одного другого. Через какое-то время после их смешивания появилась популяция трёх целых рибозимов. Причём такая система допускала существование одной наполовину «эгоистичной» молекулы, которая могла ремонтировать как себя, так и другого.

На следующем этапе эксперимент усложнили: нуклеотиды каталитического центра и нуклеотиды в местах разрывов стали статистически случайными, то есть там стали возможны любые варианты последовательностей. В этом случае в одной популяции существовали как «эгоистичные» молекулы, так и кооперативные. Как пишут учёные в журнале Nature, саморемонтирующиеся рибозимы поначалу получали преимущество: в ближайшие полчаса они собирались быстрее, чем «альтруисты»-кооператоры. Но уже через четыре часа преимущество смещалось в пользу тех, кто ремонтировал чужие разрывы.

Исследователи использовали ещё более сложные схемы. Так, в одном варианте эксперимента в реакционную смесь добавляли всё больше новых фрагментов, и через несколько часов в пробирке плавали девять разрезанных рибозимов. В другом опыте в молекулу РНК вносились четыре разрыва. И всё равно в итоге оказывалось, что кооперативные системы получают преимущество.

Из полученных результатов следуют два важных вывода. Во-первых, каталитическая активность не всегда требует большой молекулы, скорее с помощью небольших молекул можно создать крупные, которые станут материалом для дальнейшей молекулярной эволюции. А во-вторых, выяснилось, что в молекулярных системах реализуются те же экологические законы, что и в обычных экосистемах.

В настоящее время экологи и эволюционисты всё чаще говорят о групповом отборе, когда соревнуются не отдельные особи с мутацией, а группы. Чтобы полезная мутация получила распространение, требуется, грубо говоря, поддержка товарищей, и эксперименты с рибозимами показывают, что скооперировавшиеся молекулы на заре эволюции имели больше шансов отправить в будущее свои мутации, свою наследственную информацию, чем одиночные эгоистичные представители. Можно сказать, что взаимопомощь является одним из основополагающих свойств живого.Подготовлено по материалам Университета Портленда.

Вот такими мелкими шажками и идёт наука вперёд, каждая капля знания добавляется в чашу человеческого разума, именно так мы познаём самих себя, вот это и называется прогрессом, раскрытие неизвестных механизмов жизни.