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