Жизнь

Многочисленные определения сущности жизни можно свести к двум основным подходам. Согласно первому, жизнь определяется через её материальный носитель — субстрат (например, белок). Согласно второму, жизнь рассматривается как совокупность специфических физико-химических процессов.

Классическое определение Фридриха Энгельса: «Жизнь есть способ существования белковых тел, существенным моментом которого является постоянный обмен веществ с окружающей их внешней природой, причём с прекращением этого обмена веществ прекращается и жизнь, что приводит к разложению белка» — лишь формально относится к первой категории. Энгельс подразумевал не просто белки, а сложные структуры, их содержащие. Сам по себе белок — полимер, состоящий из аминокислотных остатков, — может быть синтезирован химическим путём и вне организма не проявляет признаков жизни.

С другой стороны, обмен веществ также не может служить единственным критерием. Энгельс отмечал, что «с обменом веществ мы не подвигаемся ни на шаг вперёд, ибо тот своеобразный обмен веществ, который должен объяснить жизнь, в свою очередь нуждается сам в объяснении при посредстве жизни». В итоге он склонялся к мысли, что критерием живого является самообновление химических составных частей организма.

В самом общем виде жизнь можно определить как активное, идущее с затратой полученной извне энергии поддержание и самовоспроизведение специфической структуры. Из этого определения прямо следует необходимость постоянной связи организма с окружающей средой, осуществляемой через обмен веществом и энергией.

Обмен веществ в организме представлен совокупностью двух процессов:

• Ассимиляции — синтеза молекулярных компонентов клетки, включая специфичные для вида (в первую очередь белки и нуклеиновые кислоты).
• Диссимиляции — распада и выведения из организма остатков отработавших структур.

Эти процессы сопровождаются перераспределением энергии:

• Автотрофные фотосинтезирующие организмы (зелёные растения и фототрофные бактерии) используют энергию солнечного света, преобразуя её в энергию химических связей (например, при синтезе АТФ в процессе фотофосфорилирования).
• Хемосинтезирующие автотрофы (например, железо- и серобактерии) используют энергию окисления неорганических соединений.
• Гетеротрофы (большинство бактерий, животные, грибы) используют энергию, высвобождающуюся при распаде органических веществ, синтезированных автотрофами или другими гетеротрофами.

В ходе метаболических превращений значительная часть энергии рассеивается в виде тепла, повышая энтропию системы «организм — среда». Таким образом, определение жизни через обмен веществ не утратило значения, но оно дополняется организационным, информационным и эволюционным подходами. Обмен веществ — это условие поддержания и воспроизведения специфичной для каждого вида структурной организации, необходимой для жизни.

Жизнь прекращается с разрушением этой специфической организации. Специфичность структуры определяется и поддерживается информацией, закодированной в генетических программах, которые размножаются матричным путём. В процессе такого синтеза неизбежно возникают ошибки копирования — мутации, из-за чего копии программ отличаются друг от друга (конвариантная репликация). Хотя многие мутации исправляются механизмами репарации, оставшихся наследственных изменений достаточно для возникновения разнокачественности особей и разной степени их приспособленности к среде.

Эта разнокачественность создаёт предпосылки для действия естественного отбора, который, в зависимости от условий, ведёт либо к усложнению и совершенствованию организмов, либо к регрессу и упрощению их организации. Таким образом, сама сущность жизни как самовоспроизводящегося процесса является предпосылкой эволюции.

Сложность проблемы происхождения жизни и трудность её однозначного определения неоднократно порождали идеалистические теории (витализм, креационизм и другие). Современные определения жизни, учитывающие достижения биологии XX века, не оставляют места теориям, допускающим её нематериальную природу. Однако они и не сводят жизнь исключительно к физико-химическим закономерностям. Осуществляемый на основе обмена веществ матричный синтез и вытекающая из него биологическая эволюция не свойственны неживой природе. По сравнению с ней жизнь представляет собой форму движения материи более высокого уровня.

Современный контекст

Современные определения жизни часто акцентируют её системные свойства. Жизнь рассматривается как самоподдерживающаяся химическая система, способная к дарвиновской эволюции (определение NASA, 1994). Ключевыми признаками живого считаются: клеточное строение, метаболизм, рост, размножение, наследственность, изменчивость, раздражимость, саморегуляция и эволюционная адаптация. Дискуссии продолжаются вокруг пограничных случаев, таких как вирусы, которые проявляют свойства жизни только внутри клетки-хозяина, или возможность искусственного синтеза простейших живых систем (синтетическая биология).