На уровне живого вещества порядок обеспечивается уже структурой органических молекул, состоящих из структурированного в молекулу определенного набора атомов, формирующих аминокислоты, белки и т.д., клетки, наконец. То есть, по своей структуре составные элементы живого организма ничего общего не имеют с целостностью организма. Часть не тождественна системе, целому! Целое всегда богаче части, информационно более сложно во взаимодействии с окружающим миром. Но каждая клетка воспроизводит себя как частицу единого целого. Генетическая информация об условиях наследственности, репликации клеток, воспроизводства всего организма, определяется структурой гена. У высших организмов (эукариот) он входит в состав хромосом. Совокупность же всех генов организма составляет его генетическую конституцию – генотип.

Разный уровень порядка (структуры) рождает новый, более высокий уровень порядка и структуры в органическом и неорганическом мире. При этом формирование живого вещества из неживого – есть процесс, также препятствующий вырождению материи, потому что это ведет к снижению энтропии вновь образованной структуры органических соединений и живого вещества.

Благодаря открытию микроскопа, история которого связана с именем нидерландского натуралиста Антони ван Левенгука (1632 – 1723), который сумел изготовить линзы с небывалым до того времени 150 – 300-кратным увеличением. Ему впервые удалось наблюдать живой микромир. Он увидел эритроциты и описал их движение в капиллярах. Увидел ряд простейших, бактерии. 1683 год можно считать годом рождения науки о микроорганизмах, то есть микробиологии.

Почти 60 лет Левенгук присылал в Лондонское королевское общество письма, в которых рассказывал о своих удивительных открытиях. Они печатались в научных журналах и потом 170 из них были изданы отдельной книгой «Тайны природы, открытые Антонием Левенгуком при помощи микроскопа».

Петр I, будучи в Голландии, пригласил натуралиста к себе, и тот продемонстрировал русскому царю свои наблюдения и опыты. Позднее в России были изготовлены первые отечественные микроскопы.

Современная наука и техника все глубже проникает в строение вещества микромира. Вслед за созданием электронного микроскопа появляются все новые и новые приборы, способные заглянуть вглубь микромира.

В начале 80-х годов ХХ столетия Дж.Беннинг и Х. Рорер из Исследовательской лаборатории фирмы IBM в Цюрихе разработали прибор, настолько чувствительный к топологии электропроводящей поверхности, что можно «увидеть» отдельные атомы. Физические принципы, лежащие в основе действия такого растрового туннельного микроскопа привели к разработке нового поколения устройств для исследований на атомном уровне.

Все яснее становится, что квантовые явления обнаруживаются намного «выше» по энергетической лестнице, чем постоянная Планка. Амплитуда и фаза волновой функции, спектры собственных значений и другие характеристики квантовомеханических систем используются при анализе наблюдаемых невооруженным глазом сверхпроводимости и сверхтекучести.

Создание микроскопа расширило изучение биологических особенностей микромира. Английский физик Р.Гук (1665) открывает клеточное строение растений. Выдающимся достижением биологии XIX века является создание немецким ученым Шванном (1810 – 1882) клеточной теории, утверждавшей, что все живые организмы состоят из клеток. Тем самым была установлена общность не только макроскопического, но и микроскопического строения всего живого на Земле. Возникла цитология – наука о клетках и как следствие ее – учение о строении тканей и органов – гистология.

В результате открытий Л.Пастера, поведавший миру о том, что микроорганизмы являются причиной спиртового брожения и вызывают многие болезни, микробиология становится самостоятельной научной дисциплиной. Работы Пастера окончательно опровергли представления о самозарождении живых организмов. Исследование микробной природы холеры птиц и бешенства млекопитающих привело Пастера к созданию иммунологии как нового направления биологической науки, в которую существенный вклад внес И.И.Мечников.

Во второй половине XIX века Г. Менделю удалось опытным путем найти закономерности наследственности (1865). Так были заложены основы генетики, ставшей самостоятельной наукой уже в ХХ веке.

В конце XIX века был открыт митоз – деление клеток с точным и равным разделением хромосом между дочерними клетками и мейоз – образование из дипольных клеток с двойным набором хромосом гаплоидных половых клеток – гамет с одинарным набором хромосом.

Чешский естествоиспытатель Ян Пуркине (1787 – 1869) ввёл понятие протоплазмы для клеточного содержимого и указал, что именно оно, а не стенки клетки являются живым веществом. Позже протоплазму клетки стали разделять на цитоплазму и ядро.

Вирхов и Геккель устанавливают (1855), что хранение и передача наследственных признаков осуществляется с помощью клеточного ядра. При значительном увеличении микроскопов было установлены специализированные структуры – органеллы – пластиды и митохондрии.

Важнейшее значение имело открытие вирусов русским ученым Д.И.Ивановским (1892). С его именем связано появление науки вирусологии.

В конце XIX века значительных успехов достигла биохимия. Швейцарский врач Ф.Мишер открыл нуклеиновые кислоты (1869), выполняющие, как было установлено позже, функции хранения и передачи генетической информации. К началу ХХ века было выяснено, что белки состоят из аминокислот, соединенных друг с другом, как показал немецкий ученый Э. Фишер, пептидными связями.

В ХХ веке генетика формируется как самостоятельная биологическая наука, изучающая наследственность и изменчивость живых организмов. Еще из работ Менделя следовало, что существуют материальные единицы наследственности, впоследствии названные генами. Это открытие Менделя было оценено только в ХХ веке в результате исследований Х. Де Фриза в Голландии, Э.Чермака в Австрии, К.Корренса в Германии.

Американский ученый Т.Морган, исследуя гигантские хромосомы мухи дрозофилы, пришел к выводу, что гены находятся в клеточных ядрах, в хромосомах. Он, а также другие ученые разработали хромосомную теорию наследственности. Тем самым генетика в значительной мере объединилась с цитологией (цитогенетика) и стал понятен биологический смысл митоза и мейоза.

С начала нашего столетия началось быстрое развитие биохимических исследований по выяснению превращения веществ и энергии во внутриклеточных процессах. Было установлено, что эти процессы в принципе одинаковы у всех живых существ – от бактерий до человека. Универсальным посредником в превращении энергии в клетке оказалась аденозинтрифосфорная кислота (АТФ). Отечественный ученый В.А. Энгельгардт открыл процесс образования АТФ при поглощении клетками кислорода.

Открытие и исследование витаминов, гормонов, установление состава и строения всех основных химических компонентов клетки выдвинули биохимию на одно из ведущих мест в ряду биологических наук.

Еще на рубеже XIX и ХХ веков профессор Московского университета А.А.Колли поставил вопрос о молекулярном механизме передачи признаков по наследству. Ответ на этот вопрос дал в 1927 году русский ученый Н.К. Кольцов, выдвинувший матричный принцип копирования генетической информации. Дальнейшая разработка матричного копирования была осуществлена русским ученым Н.В.Тимофеевым-Ресовским и американским ученым М.Дельбрюком.

В 1953 году американец Дж.Уотсон и англичанин Ф.Крик использовали этот принцип при анализе молекулярной структуры и биологических функций дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК). Так, на основе биохимии, генетики и биофизики возникла самостоятельная наука – молекулярная биология.

В 1919 г. в Москве был основан первый в мире Институт биофизики. Эта наука исследует физические механизмы преобразования энергии и информации в биологических системах. Существенная проблема биофизики заключается в изучении и выяснении роли различных ионов в жизни клетки. В этом направлении работали американский ученый Ж. Леб, отечественные исследователи Н.К.Кольцов, Д.Л.Рубинштейн. Они привели к установлению особой роли биологических мембран.

Неравновесное распределение ионов натрия и калия, как показали английские ученые А.Л. Ходжкин, Дж.Эклс и А.Ф.Хаксли, является основой распространения нервного импульса.

Последние годы характеризуют возросшую интенсивность биологических исследований в области клонирования клеток. Описана структура генома человека.

Вот далеко не полный перечень этапов становления микробиологии и тесно с ней связанных наук о микромире живого вещества.

Что составляет основу живого? На каком уровне организма начинается и заканчивается жизнь?

Исследования показали, что элементарной составляющей живой системы является клетка. Она представляет собой основу строения и жизнедеятельности всего живого (животных и растений).

Таким образом, исследование микромира живой материи обнаружило не только единство живого, но и открыло широчайшие возможности влиять микропроцессам на состояния, определяющие развитие макроорганизованной жизни. При этом оказалось, что чем ниже уровень организации живого вещества организма, тем выше его информационная плотность и ценность как системы (информация наследственных признаков содержится в структуре гена, а не в структуре организма как такового). В этой связи поиск наследственной информации в структуре минерала открыл бы возможности управлять его свойствами на уровне минерального гена. Трудность этого процесса познания в отличие от живого заключается в том, что процессы эволюции генов минеральных видов (если таковые будут обнаружены) охватывают грандиозные по масштабам временные интервалы, и в течение скоротечной человеческой жизни поставить такие эксперименты затруднительно. Тем не менее, можно с определенностью утверждать, что во времени происходит усложнение минеральных видов, их структуры, растет разнообразие минеральных видов…

Структура микромира живой материи от бактерий и вирусов до клетки представляет собой сложнейший этап эволюции от неживого к живому.

Мы, и весь окружающий нас мир, состоит из одних и тех же атомов. Последние, в свою очередь, состоят, главным образом, из элементарных частиц и физического вакуума, населенного электронами и положительно заряженными ядрами. Нуклоны тоже имеют структуру и ведут себя подобно крошечным молекулам, построенным из сочетания кварков1. Но атом можно разделять на части, пластать и кромсать. Из его частиц можно собрать новый атом, который ничем не будет отличаться от искомого. Однако клетку, живое существо, в частности, человек, представляет собой нечто большее, нежели простой набор атомов. Их организация представляет собой нечто столь же реально существующее, как и сами частицы. Упорядоченное группирование эквивалентно информации, и в определенных сложных молекулах эта организация приводит, в конечном счете, к разуму и самосознанию2.

Хотя мы и научились зондировать микромир и наносить на карту вселенную, мы все же, строго говоря (!), не знаем, как и почему возник этот мир. Мы не знаем, как и почему на нашей планете появился и стал развиваться разум. Мы не знаем, являемся ли мы единственными созданиями во вселенной, которые ее измеряют и пытаются познать? Но независимо от того, одиноки мы или нет, особое предназначение человека видится в том, чтобы исследовать и понять свою вселенную. Возможно, в этом заключается наша истинная роль и смысл существования.

Ссылки

  1. Углубляясь в микромир, открывая все более фундаментальные уровни строения материи, мы не должны сбрасывать со счета структуры, существующие на уровнях более высоких. Такие структуры, длительное время сохраняющие свою «индивидуальность» при самых разнообразных изменениях условий их бытия (разумеется, не выходящих за некоторые граничные значения), в некотором смысле не менее «элементарны», чем «самые настоящие» элементарные частицы. Попытки «свести» закономерности их функционирования исключительно к законам более «фундаментальных» уровней (такая тенденция в науке имеется и называется «редукционизмом»), как правило, заканчиваются безуспешно.

  2. Человек также может быть понят как некая элементарная частица; он – аналог «вещества», фермион, т.е. подчиняется статистике Ферми – Дирака: в одной точке пространства не может быть двух таких частиц. Как элементарная частица он принимает участие, по крайней мере, в двух специфических типах взаимодействия. Первое из них – «генетическое» или сексуальное: две частицы с противоположными половыми «зарядами» – мужчина и женщина – могут участвовать в такого рода взаимодействии. Оно приводит к увеличению суммарного числа объектов; квантом поля общения является генетическая информация, «бессмертная зародышевая плазма» А.Вейсмана, материализованная в гаметах. Второе – духовное. Слова, которые человек произносит, идеи, которые он доводит до сведения окружающих – аналог «поля», бозоны, т.е. они подчиняются статистике Бозе – Эйнштейна, и в одной точке пространства, вообще говоря, может быть произвольное число таких частиц. Квант этого «поля общения», например, книгу или полотно художника, можно представить себе как некий «бозе-конденсат», и чем более она будет насыщена разнообразными структурированными, соотнесенными и соподчиненными идеями, тем, вообще говоря, будет интереснее, значимее для общения. Такие «кванты общения» могут возникать и в самом человеке, в его мозге, его гортани и пр.; однако этот конкретный материальный субстрат не должен затенять простой идеи, что факты сознания возникают только между людьми: «…где двое или трое собраны во имя Мое, там Я посреди них» (Матф. 18:20).