Что является характерной особенностью жизни? По свидетельству Аристотеля, родоначальник милетской философской школы Фалес, живший в 6 в. до н.э., считал магнит одушевленным за его способность притягивать железо. Более чем две тысячи лет спустя, в 17 веке голландский философ-материалист Спиноза утверждал, что камни мыслят, что все тела природы одушевлены, а еще через сто лет в Голландии была издана книга, в которой автор, французский философ Робинэ, всю материю признавал живой и даже небесные светила рассматривал как живые органические тела. Да-да, уважаемые читатели, Вернадский со своей теорией «живой Земли» был далеко не первым, а просто – очередным…
Однако, любой человек, наблюдая окружающую его природу, безошибочно делит ее на мир безжизненный, неорганический и на мир живых существ. Что же такое подмечает человек общего, что роднит между собой все живые существа от мельчайшей бактерии до высокоорганизованного млекопитающего, и что в то же время отличает их от безжизненной неорганической материи, как бы ни была сложна ее природа?
Очень может быть, что в бескрайних просторах Вселенной существует множество совершеннейших форм движения и организации материи, о которых мы даже и не подозреваем! Но зачем называть жизнью то, о чем мы пока не имеем никакого представления? Если это будет когда-либо открыто, то можно придумать новое название для обозначения необычной для нас формы организации материи. Итак, чтобы изучать жизнь необходимо договориться, что же называть жизнью. Для этого нужно ответить на вопрос о сущности того «что-то», что свойственно только живому миру, но чего нет у объектов неорганической природы.
Когда же мы считаем материю живой? Тогда, когда она продолжает «делать что-либо», двигаться, участвовать в обмене веществ с окружающей средой и т. д., — все это в течение более длительного отрезка времени, чем, по нашим ожиданиям, могла бы делать неодушевленная материя в подобных условиях. Если неживую систему изолировать или поместить в однородные условия, всякое движение обычно очень скоро прекращается в результате различного рода трения; разность электрических или химических потенциалов выравнивается; вещества, которые имеют тенденцию образовывать химические соединения, образуют их; температура выравнивается вследствие теплопроводности. Затем система в целом угасает, превращается в мертвую инертную массу материи. Достигается состояние, при котором не происходит никаких заметных событий. Физик называет это состояние термодинамическим равновесием, или состоянием максимальной энтропии. Практически такое состояние обычно достигается весьма быстро. Теоретически очень часто это состояние еще не истинное равновесие, еще не действительный максимум энтропии. Окончательное установление равновесия происходит очень медленно. Оно может потребовать несколько часов, лет, столетий ... Приведем пример, когда приближение к равновесию происходит все же достаточно быстро. Если стакан, наполненный чистой водой, и другой, наполненный подслащенной водой, поместить в герметически закрытый ящик при постоянной температуре, то сначала как будто ничего не происходит, возникает впечатление полного равновесия. Но через день становится заметным, как чистая вода вследствие более высокого давления ее паров постепенно испаряется и конденсируется на поверхности раствора сахара; последний переливается через край стакана. Только после того как чистая вода испарится полностью, сахар равномерно распределится по всему доступному ему объему. Эти конечные этапы медленного приближения к равновесию никогда не могут быть приняты за жизнь!
Любой живой организм живет, существует только до тех пор, пока он находится в состоянии постоянного обмена веществ и энергии с окружающей его средой. Именно потому, что организм избегает быстрого перехода в инертное состояние «равновесия». Он и кажется загадочным. С древнейших времен человеческая мысль допускала действие в организме особой силы – энтелехии. Метаболизм – вот настоящее имя этой силы! Однако, сам по себе обмен веществ не имеет смысла. Так как любой атом кислорода, водорода, серы … и т.д. так же хорош, как и любой другой атом того же элемента. Что же достигается обменом веществ? Одно время считалось, что мы «питаемся» энергией. Но во взрослом организме содержание энергии так же постоянно, как и содержание материи. Что же тогда составляет то драгоценное «нечто», содержащееся в нашей пище, что предохраняет нас от смерти?
Каждый процесс, явление, событие, все, что происходит в природе. Означает увеличение энтропии. (Объяснение термина можно найти здесь http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%AD%D0%BD%D1%82%D1%80%D0%BE%...). Непрерывно увеличивая энтропию, организм приближается к опасному состоянию равновесия – смерти. Он может избежать этого состояния, то есть оставаться живым, только постоянно извлекая из окружающей среды отрицательную энтропию. Это и есть то, чем организм «питается»! То есть, в метаболизме существенно то, что организму удается освобождаться от всей той энтропии, которую он вынужден производить, пока жив. Поскольку энтропия является мерой упорядоченности системы, то организм, иначе говоря, непрерывно извлекает упорядоченность из окружающей среды!
Действительно, высшие животные (и мы с вами в том числе) питаются структурами с высокой упорядоченностью (мясо – подобные им самим животные, растения) – более или менее сложными органическими соединениями. После использования организмом, животные возвращают эти вещества в очень деградированной форме, однако, не вполне деградированной, так как их могут еще употреблять растения. Для растений же мощным источником отрицательной энтропии является солнечный свет.
Таким образом, живые организмы являются не статичными, но стационарными (устойчивыми) системами. Их способность к длительному существованию связана не с покоем, а с постоянством движения, с обменом веществ.
Энтропия на кухне: сырое яйцо иллюстрирует асимметрию времени: свежее легко бьётся, но разбитое спонтанно не соединяет себя снова, по простой причине, так как способов разрушить существует больше чем способов для созидания. В жаргоне физики, разбитое яйцо имеет более высокую энтропию.
