Загальним методологічним підходом до розуміння сутності життя в даний час є розуміння життя як процесу, кінцевим результатом якого є самовідновлення, що виявляється в самовідтворення. Все живе походить тільки з живого, а будь-яка організація, притаманна живому, виникає тільки з іншої подібної організації. Отже, сутність життя полягає в її самовідтворення, в основі якого лежить координація фізичних і хімічних явищ і яке забезпечується передачею генетичної інформації від поколінь до поколінь. Саме ця інформація забезпечує самовідтворення і саморегуляцію живих істот. Тому життя - це якісно особлива форма існування матерії, пов'язана з відтворенням. Явища життя є формою руху матерії, вищою в порівнянні з фізичною і хімічної формами його існування.
Живе побудовано з тих же хімічних елементів, що і неживе (кисень, водень, вуглець, азот, сірка, фосфор, натрій, калій, кальцій та інші елементи). У клітинах вони знаходяться у вигляді органічних сполук. Однак організація і форма існування живого має специфічні особливості, що відрізняють живе від предметів неживої природи.
Як субстрат життя увагу привертають нуклеїнові кислоти (ДНК і РНК) і білки. Нуклеїнові кислоти - це складні хімічні сполуки, що містять вуглець, кисень, водень, азот і фосфор. ДНК є генетичним матеріалом клітин, визначає хімічну специфічність генів. Під контролем ДНК йде синтез білків, в якому беруть участь РНК.
Білки - це також складні хімічні сполуки, що містять вуглець, кисень, водень, азот, сірку, фосфор. Молекули білків характеризуються великими розмірами, надзвичайною різноманітністю, яке створюється амінокислотами, з'єднаними в поліпептидних ланцюгах в різному порядку. Більшість клітинних білків представлено ферментами. Вони виступають також в ролі структурних компонентів клітини. Кожна клітина містить сотні різних білків, причому клітини того чи іншого типу мають білками, властивими тільки їм. Тому вміст клітин кожного типу характеризується певним білковим складом.
Ні нуклеїнові кислоти, ні білки окремо не є субстратами життя. В даний час вважають, що субстратом життя є нуклеопротеїни. Вони входять до складу ядра і цитоплазми клітин тварин і рослин. З них побудовані хроматин (хромосоми) і рибосоми. Вони виявлені на протязі всього органічного світу - від вірусів до людини. Можна сказати, що немає живих систем, що не містять нуклеопротеидов. Однак важливо підкреслити, що нуклеопротеїни є субстратом життя лише тоді, коли вони перебувають в клітці, функціонують і взаємодіють там. Поза клітин (після виділення з клітин) вони є звичайними хімічними сполуками. Отже, життя є, головним чином, функція взаємодії нуклеїнових кислот і білків, а живим є те, що містить самовідтворюючому молекулярну систему у вигляді механізму відтворення нуклеїнових кислот і білків.
На відміну від живого розрізняють поняття «мертве», під яким розуміють сукупність колись існували організмів, які втратили механізм синтезу нуклеїнових кислот і білків, т. Е. Здатність до молекулярному відтворення. Наприклад, «мертвим» є вапняк, утворений із залишків жили колись організмів.
Нарешті, слід розрізняти «неживе», т. Е. Ту частину матерії, яка має неорганічне (абиотическое) походження і нічим не пов'язана у своїй освіті і будову з живими організмами. Наприклад, «неживим» є вапняк, утворений з неорганічних вулканічних вапнякових відкладень. Нежива матерія на відміну від живого не здатна підтримувати свою структурну організацію і використовувати для цих цілей зовнішню енергію.
Обговорюючи молекули, що розглядаються в якості субстрату життя, не можна не відзначити, що вони піддаються безперервним перетворенням в часі і просторі. Досить сказати, що ферменти можуть перетворити будь-який субстрат в продукт реакції в виключно короткий час. Тому визначення нуклеопротеїдів як субстрат життя означає визнання останнього в якості дуже рухомий системи.
Як живе, так і неживе побудовані з молекул, які спочатку є неживими. Проте живе різко відрізняється від неживого. Причини цього глибокого відмінності визначаються властивостями живого, а молекули, що містяться в живих системах, називають биомолекулами.
Для живого характерний ряд властивостей, які в сукупності «роблять» живе живим. Такими властивостями є самовідтворення, специфічність організації, впорядкованість структури, цілісність і дискретність, зростання і розвиток, обмін речовин і енергії, спадковість і мінливість, подразливість, рух, внутрішня регуляція, специфічність взаємин із середовищем.
Самовідтворення (репродукція). Ця властивість є найважливішим серед усіх інших. Чудовою особливістю є те, що самовідтворення тих чи інших організмів повторюється в незліченних кількостях генерацій, причому генетична інформація про самовідтворення закодована в молекулах ДНК. Положення «все живе походить тільки від живого» означає, що життя виникло лише одного разу і що з тих пір початок живому дає тільки живе. На молекулярному рівні самовідтворення відбувається на основі матричного синтезу ДНК, яка програмує синтез білків, що визначають специфіку організмів. На інших рівнях воно характеризується надзвичайною різноманітністю форм і механізмів, аж до утворення спеціалізованих статевих клітин (чоловічих і жіночих). Найважливіше значення самовідтворення полягає в тому, що воно підтримує існування видів, визначає специфіку біологічної форми руху матерії.
Специфічність організації. Вона характерна для будь-яких організмів, в результаті чого вони мають певну форму і розміри. Одиницею організації (структури і функції) є клітина. У свою чергу клітини специфічно організовані в тканини, останні - в органи, а органи - в системи органів. Організми не "розкидані" випадково в просторі. Вони специфічно організовані в популяції, а популяції специфічно організовані в біоценози. Останні разом з абіотичними факторами формують біогеоценози (екологічні системи), що є елементарними одиницями біосфери.
Впорядкованість структури. Для живого характерна не тільки складність хімічних сполук, з якого воно побудовано, але і впорядкованість їх на молекулярному рівні, що призводить до утворення молекулярних і надмолекулярних структур. Створення порядку з безладного руху молекул - це найважливіша властивість живого, що виявляється на молекулярному рівні. Впорядкованість в просторі супроводжується впорядкованістю в часі. На відміну від неживих об'єктів впорядкованість структури живого відбувається за рахунок зовнішнього середовища. При цьому в середовищі рівень впорядкованості знижується.
Цілісність (безперервність) і дискретність (переривчастість). Життя є цілісною і в той же час дискретна як в плані структури, так і функції. Наприклад, субстрат життя цілісний, т. К. Представлений нуклеопротеїдами, але в той же час дискретний, т. К. Складається з нуклеїнової кислоти і білка. Нуклеїнові кислоти і білки є цілісними сполуками, однак теж дискретні, складаючись з нуклеотидів і амінокислот (відповідно). Реплікація молекул ДНК є безперервним процесом, проте вона дискретна в просторі і в часі, т. К. В ній беруть участь різні генетичні структури і ферменти. Процес передачі спадкової інформації теж є безперервним, але він дискретний, т. К. Складається з транскрипції і трансляції, які через низку відмінностей між собою визначають переривчастість реалізації спадкової інформації в просторі і в часі. Мітоз клітин також безперервний і одночасно перериваючи. Будь-який організм являє собою цілісну систему, але складається з дискретних одиниць - клітин, тканин, органів, систем органів. Органічний світ також цілісний, оскільки існування одних організмів залежить від інших, але в той же час він дискретний, складаючись з окремих організмів.
Ріст і розвиток. Зростання організмів відбувається шляхом приросту маси організму за рахунок збільшення розмірів і числа клітин. Він супроводжується розвитком, що виявляється в диференціюванні клітин, ускладненні структури і функцій. У процесі онтогенезу формуються ознаки в результаті взаємодії генотипу і середовища. Філогенез супроводжується появою гігантського різноманітності організмів, органічної доцільністю. Процеси зростання і розвитку схильні генетичному контролю та нейро-гуморальної регуляції.
Обмін речовин і енергії. Завдяки цій властивості забезпечується постійність внутрішнього середовища організмів і зв'язок організмів з навколишнім середовищем, що є умовою для підтримки життя організмів. Живі клітини отримують (поглинають) енергію із зовнішнього середовища у формі енергії світла. Надалі хімічна енергія перетворюється в клітинах для виконання багатьох робіт. Зокрема, для здійснення хімічної роботи в процесі синтезу структурних компонентів клітини, осмотической роботи, що забезпечує транспорт різних речовин в клітини і виведення з них непотрібних речовин, і механічної роботи, що забезпечує скорочення м'язів і пересування організмів. У неживих об'єктів, наприклад, в машинах хімічна енергія перетворюється в механічну тільки в разі двигунів внутрішнього згоряння.
Таким чином, клітина є ізотермічної системою. Між асиміляцією (анаболизмом) і диссимиляцией (катаболизмом) існує діалектична єдність, що виявляється в їх безперервності і взаємності. Наприклад, безперервно проходять в клітці перетворення вуглеводів, жирів і білків є взаємними. Потенційна енергія поглинаються клітинами вуглеводів, жирів і білків перетворюється в кінетичну енергію і тепло в міру перетворення цих сполук. Чудовою особливістю клітин є те, що вони містять ферменти. Будучи каталізаторами, вони прискорюють перебіг реакцій, синтезу і розпаду в мільйони разів, при цьому на відміну від органічних реакцій здійснюваних з використанням штучних каталізаторів (в лабораторних умовах), ферментативні реакції в клітинах здійснюються без утворення побічних продуктів.
У живих клітинах енергія, отримана із зовнішнього середовища, накопичується у вигляді АТФ (аденозинмонофосфата). Втрачаючи кінцеву фосфатну групу, що має місце при передачі енергії іншим молекулам, АТФ перетворюється в АДФ (аденозиндифосфат). У свою чергу отримуючи фосфатну групу (за рахунок фотосинтезу або хімічної енергії), АДФ може знову перетворитися в АТФ, т. Е. Стати головним носієм хімічної енергії. Такі особливості у неживих систем відсутні.
Обмін речовин і енергії в клітинах веде до відновлення (заміни) зруйнованих структур, до зростання і розвитку організмів.
Спадковість і мінливість. Спадковість забезпечує матеріальну спадкоємність між батьками і потомством, між поколіннями організмів, що в свою чергу забезпечує безперервність і стійкість життя. Основу матеріальної наступності в поколіннях і безперервності життя становить передача від батьків до потомства генів, в ДНК яких зашифрована генетична інформація про структуру і властивості білків. Характерною особливістю генетичної інформації є її надзвичайна стабільність.
Мінливість пов'язана з появою у організмів ознак, відмінних від вихідних, і визначається змінами в генетичних структурах. Спадковість і мінливість створюють матеріал для еволюції організмів.
Подразливість. Реакція живого на зовнішні роздратування є проявом відображення, характерного для живої матерії. Чинники, що викликають реакцію організму або його органу, називають подразниками. Ними є світло, температура середовища, звук, електричний струм, механічні дії, харчові речовини, гази, отрути та ін.
У організмів, позбавлених нервової системи (найпростіші і рослини), подразливість проявляється у вигляді тропізмов, таксисов і настий. У організмів, що мають нервову систему, подразливість проявляється у вигляді рефлекторної діяльності. У тварин сприйняття зовнішнього світу здійснюється через першу сигнальну систему, тоді як у людини в процесі історичного розвитку сформувалася ще й друга сигнальна система. Завдяки подразливості організми врівноважуються з середовищем. Вибірково реагуючи на чинники середовища, організми «уточнюють» свої відносини з середовищем, в результаті чого виникає єдність середовища і організму.
Рух. Здатністю до руху володіють всі живі істоти. Багато одноклітинні організми рухаються за допомогою особливих органоидов. До руху здатні і клітини багатоклітинних організмів (лейкоцити, блукаючі сполучнотканинні клітини та ін.), А також деякі клітинні органели. Досконалість рухової реакції досягається в м'язовому русі багатоклітинних тварин організмів, яке полягає в скороченні м'язів.
Внутрішня регуляція. Процеси, які відбуваються в клітинах, схильні до регуляції. На молекулярному рівні регуляторні механізми існують у вигляді зворотних хімічних реакцій, основу яких складають реакції за участю ферментів, що забезпечують замкнутість процесів регуляції за схемою синтез - розпад - ресинтез. Синтез білків, включаючи ферменти, регулюється за допомогою механізмів репресії, індукції і позитивного контролю. Навпаки, регуляція активності самих ферментів відбувається за принципом зворотного зв'язку, що полягає в інгібі-ровании кінцевим продуктом. Відомо також регулювання шляхом хімічної модифікації ферментів. У регуляції активності клітин беруть участь гормони, що забезпечують хімічну регуляцію.
Будь-яке пошкодження молекул ДНК, викликане фізичними або хімічними факторами впливу, може бути відновлено за допомогою одного або декількох ферментативних механізмів, що представляє собою саморегуляцію. Вона забезпечується за рахунок дії контролюючих генів і в свою чергу забезпечує стабільність генетичного матеріалу і закодованої в ньому генетичної інформації.
Специфічність взаємин із середовищем. Організми живуть в умовах певного середовища, яка для них служить джерелом вільної енергії і будівельного матеріалу. В рамках термодинамічних понять кожна жива система (організм) являє собою «відкриту» систему, що дозволяє взаємно обмінюватися енергією і речовиною в середовищі, в якій існують інші організми і діють абіотичні чинники. Отже, організми взаємодіють не тільки між собою, але і з середовищем, з якої вони отримують все необхідне для життя. Організми або відшукують середу, або адаптуються (пристосовуються) до неї. Формами адаптивних реакцій є фізіологічний гомеостаз (здатність організмів протистояти факторам середовища) і гомеостаз розвитку (здатність організмів змінювати окремі реакції при збереженні всіх інших властивостей). Адаптивні реакції визначаються нормою реакції, яка генетично детермінована і має свої межі. Між організмами і середовищем, між живою і неживою природою існує єдність, що полягає в тому, що організми залежать від середовища, а середовище змінюється в результаті життєдіяльності організмів. Результатом життєдіяльності організмів є виникнення атмосфери з вільним киснем і грунтового покриву Землі, освіта кам'яного вугілля, торфу, нафти і т. Д.
Узагальнюючи відомості про властивості живого, можна зробити висновок, що клітини є відкриті ізотермічні системи, які здатні до самосборке, внутрішньої регуляції і до самовідтворення. У цих системах здійснюється безліч реакцій синтезу і розпаду, що каталізують ферментами, які синтезуються всередині самих клітин.
Властивості, перераховані вище, притаманні тільки живому. Деякі з цих властивостей виявляються і при дослідженні тіл неживої природи, проте у останніх вони характеризуються зовсім іншими особливостями. Наприклад, кристали в насиченому розчині солі можуть «рости». Однак це зростання не має тих якісних і кількісних характеристик, які притаманні зростання живого. Між властивостями, що характеризують живе, існує діалектична єдність, що виявляється в часі і просторі протягом усього органічного світу, на всіх рівнях організації живого.