Питание и жизнедеятельность организма

Проблема живого — одна из центральных в биологии и философии — волнует человечество с древнейших вре­мен. Сущность живого в различные эпохи трактовалась по-разному в зависимости от уровня развития науки и господствующих взглядов на природу в тот или иной исторический период.

Жизнь чрезвычайно разнолика, диапазон ее проявле­ний весьма широк. Живыми являются бактерии и расте­ния, рыбы и пресмыкающиеся, птицы, звери и человек. Материальный носитель жизни — организм — однокле­точный или многоклеточный; отдельно взятые субклеточ­ные образования — рибосомы, микросомы и другие живы­ми не являются так же, как не является живым ни одно из веществ, составляющих клетки. «Вещества биоплаз­мы, — писал один из крупнейших ученых XX столетия акад. В. И. Вернадский, — взятые сами по себе, столь же безжизненны, как вода, кислород, белки, жиры и углеводы». Этот вывод имеет основополагающее значение для естест­вознания, ибо из него следует, что жизнь надо искать не только в веществе, но и во взаимодействии составляющих клетки атомов и молекул, образующих определенную конструкцию — живую материю, функционирующую по собственным законам.

Живые организмы отличаются от неодушевленных предметов удивительной целесообразностью строения и функционирования, что всегда поражало воображение людей своей загадочностью. Казалось, будто все живое создано по заранее составленному каким-то высшим существом плану. И лишь великому Ч. Дарвину в середине прошлого века удалось научно объяснить целесообразность живой природы. По Дарвину, природа, формируя организмы, отсекает неприспособленные, оставляя те, которые способны выжить в среде своего обитания — экологической нише. Таким образом, целесообразность в строении и отправлении функций организмов — результат эволюции и естественного отбора.

Еще одна характерная черта живого — организация. Жизнь — это способ существования определенным обра­зом организованной структуры, которая без функции мерт­ва. Для того чтобы система функционировала, была живой, составляющие ее элементы должны непрерывно обнов­ляться, иными словами, должен осуществляться обмен веществ. Это происходит незаметно для нас. Видимая неизменность нашего тела (во всяком случае в определен­ные промежутки времени) вводила в заблуждение не толь­ко не искушенных в науке людей, но даже специалистов. Всего 40 — 50 лет назад считалось, что-в организме имеют­ся два вида молекул. Одни из них, идущие на строитель­ство тела, неподвижны, статичны; другие же, используе­мые в качестве источника энергии, в организме быстро перерабатываются.

Благодаря внедрению в биологические исследования ме­ченых атомов в экспериментах на крысах было установле­но, что во всех клетках и тканях обмен веществ протекает постоянно. Меченые аминокислоты, вводимые в организм животных, вскоре включались в состав белков, а меченый углерод сахара обнаруживался в жировой ткани. При этом важно обратить внимание на то обстоятельство, что коли­чество вещества в организме во время эксперимента оста­валось неизменным. Так был развенчан очередной миф, бытовавший в науке: оказалось, что никакой разницы меж­ду «строительными» и «энергетическими» молекулами в организме не существует, все вещества в равной степени участвуют в обмене. В среднем каждые 60 дней у человека меняется половина всех тканевых белков, а некоторые ферменты печени, где происходят особенно интенсивные химические реакции, обновляются в течение нескольких часов и даже минут. В известной мере можно сказать, что сегодня каждый из нас химически другой, чем был вчера.

Благодаря обмену веществ поддерживается присущее живому организму как системе динамическое равновесие, когда взаимно уравновешиваются приток и отток энергии, синтез и разрушение веществ, размножение и гибель кле­ток. Следовательно, обмен веществ является одним из важнейших факторов, лежащих в основе жизни.

Реакции обмена веществ основаны на физико-хими­ческих взаимодействиях между атомами и молекулами; эти взаимодействия в принципе едины для всей живой природы. В истории биологии были времена, когда счита­лось, что в организме действуют лишь химические и фи­зические законы; при этом игнорировалась специфика живого. Между тем, ее учитывать необходимо, так как организм живет по законам биологии, что, разумеется, не отменяет законов неживой природы.

Итак, жизнь неразрывно связана с обменом веществ, а обмен веществ находится в тесной связи с энергетическим обменом, ведь организм постоянно нуждается в энергии, без которой прекращается жизнедеятельность. Энергетиче­ский, в том числе тепловой обмен организма, имеет неко­торые особенности. Одна из них заключается в сохранении температуры тела, отличающейся от температуры окру­жающей среды, что присуще всем высшим теплокровным животным, не исключая человека. Подобное явление — одно из самых удивительных в живой природе. Организм активно с помощью специальных механизмов регулирует свою температуру. Чтобы понять суть процесса, кажущего­ся столь таинственным, необходимо хотя бы в общих чер­тах уяснить, что такое энтропия.

Энтропия (гр. en — в, внутрь + trope — поворот, прев­ращение) . В данном случае речь идет о превращении одной формы энергии в другую. Энтропия характеризует меру упорядоченности и теплового состояния системы, опреде­ляет вероятность ее существования. Система с большей энтропией более вероятна, а величина энтропии свидетель­ствует о степени хаоса в системе.

Согласно второму закону термодинамики (закону воз­растания энтропии), тела с различной температурой стре­мятся к выравниванию количества тепла. С этой точки зрения., существование живого организма менее вероятно, чем неодушевленного тела. Ф. Бэкон писал: «Материя обладает известной склонностью… к нарушению своей формы и возвращению к первоначальному состоянию хао­са, и только более могучие силы согласия… сдерживают разрушительные порывы и заставляют подчиниться миро­вому порядку». В этом образном высказывании знаменито­го английского философа, жившего более трехсот лет назад, предвосхищено современное учение об энтропии. Неупорядоченная система, например груда камней, валяю­щихся на земле, имеет большую вероятность существова­ния, чем построенный из этих камней дом, — он обладает меньшей энтропией и потому для его строительства тре­буется затратить энергию, что соответственно уменьшает энтропию груды камней. Потому-то дом сам собой не строится, а организм, будучи открытой системой, активно манипулируя энергией, сам себя создает и может поддер­живать постоянную температуру.

Для того чтобы существовать, живой организм должен работать, а это возможно благодаря непрерывно протекаю­щему обмену веществ. Без этого процесса энтропия орга­низма неуклонно будет увеличиваться, пока не сравняется с энтропией окружающей среды, что несовместимо с жизнью. Не случайно эволюция идет в сторону возраста­ния упорядоченности: от простых организмов к более сложным. В то же время само развитие живой природы возможно благодаря энтропии, которая обусловливает не­определенность, без чего эволюция прекратилась бы.

А что такое пища с позиции энтропии? Продукты питания представляют собой не только вещественную (благодаря наличию в них белков, витаминов и др.), но и энтропийную ценность, так как белки, жиры, углеводы -это высокоупорядоченные комплексы атомов и молекул, соединенные друг с другом строго определенной химиче­ской связью.

Способность организма поддерживать температуру на определенном уровне является ценнейшим приобретением живой природы, благодаря чему организм обеспечил себе автономию, стал в определенной степени независимым от температуры окружающей среды. Механизмы, регулирую­щие температуру тела, работают автоматически, по прин­ципу саморегуляции. (Напомним в этой связи, что осново­положник кибернетики Н. Винер пришел к своим фунда­ментальным выводам, опираясь на физиологические зако­номерности саморегуляции функций организма.)

На определенном уровне в организме поддерживаются не только температура, но и давление крови, концентрация сахара и др. Постоянство внутренней среды (гомеостаз) -это не застывшая константа, а динамическое равновесие. Учение о гомеостазе в начале XX в. развил крупнейший американский физиолог У. Кеннон (1871 — 1945), а выдви­нул идею о постоянстве внутренней среды знаменитый французский физиолог Клод Бернар (1813 — 1878) — один из основоположников современной физиологии и экспери­ментальной патологии.

Благодаря сохранению постоянства внутренней среды органы, клетки, ткани и системы организма функционируют практически в неизменных условиях. Многочислен­ные факторы внешней и внутренней среды стремятся на­рушить гомеостаз, но соответствующие физиологические механизмы нормализуют его.

Теория гомеостаза — одна из самых плодотворных, она способствовала прогрессу физиологии, медицины, биологии, а также кибернетики, оказав тем самым мощное влияние на развитие науки в целом.

Организм не может функционировать без информации, носителями которой служат самые разнообразные веще­ства, а также электрические (магнитные) поля.

Что собой представляет пища с точки зрения теории информации? Попробуем ответить на этот вопрос.

Человек живет в мире информации, которую можно разделить на три потока. Сенсорная, или чувственная, информация воспринимается органами чувств. Вербальная, или словесная (устная или письменная), информация вос­принимается через вторую сигнальную систему. Третий вид информации — структурная (химическая) — пища и воздух. Этот поток информации поступает в организм через пищеварительную и дыхательную системы.

Пища, оказывая комплексное влияние на организм, включая и информационное, имела огромное значение для происхождения человека, так как повышала приспо­сабливаемость к среде обитания обезьяноподобных пред­ков человека. На это обстоятельство обратил внимание Ф. Энгельс, он писал: «У той породы обезьян, которая да­леко превосходила все остальные смышленностью и при­способляемостью, …хищническое хозяйство должно было привести к тому, что в пищу стали употреблять все боль­шее и большее количество новых растений, а из этих рас­тений все большее количество съедобных частей, одним словом, к тому, что пища становилась все более разнооб­разной, следствием чего было проникновение в организм все более разнообразных веществ, создававших химические условия для превращения этих обезьян в людей»1.

В процессе эволюции и естественного отбора для вос­приятия химической информации в организме возникли необходимые для этого механизмы. Чем сложнее в хими­ческом отношении пищевой продукт, тем выше пищевая ценность продукта для организма. С этой точки зрения, однообразная, т. е. малоинформативная, пища, неполно­ценна.

Поделитесь в социальных сетях:

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *