Живая и неживая материя. Сходства и различия

ВВЕДЕНИЕ

Первые живые существа появились на нашей планете около 3 млрд. лет назад. От этих ранних форм возникло бесчисленное множество видов живых организмов, которые, появившись, процветали в течение более или менее продолжительного времени, а затем вымирали. От ранее существовавших форм произошли и современные организмы, образующие четыре царства живой природы: более 1,5 млн. видов животных, 500 тыс. видов растений, значительное количество разнообразных грибов, а также множество прокариотических организмов [3].

Все многообразие окружающего нас мира распадается на две большие области: неживую и живую природу.

Природа − материальный мир Вселенной. Она является основным объектом изучения науки. В быту слово «природа» часто употребляется в значении естественная среда обитания. Основные естественные науки, посвященные изучению неживой природы, − это астрономия, физика и химия. Исследованием живой природы занимается биология (от греч. bios − жизнь и logos − учение, наука) [1].

Жизнь − активная форма существования материи, в некотором смысле высшая по сравнению с её физической и химической формами существования; совокупность физических и химических процессов, протекающих в клетке, позволяющих осуществлять обмен веществ и деление клетки (митоз). Основной атрибут живой материи − генетическая информация, используемая для репликации. Вне клетки жизнь не существует, вирусы проявляют свойства живой материи только после переноса генетического материала в клетку. Приспосабливаясь к окружающей среде, живая клетка формирует все многообразие живых организмов.

Также под словом «жизнь» понимают период существования отдельно взятого  организма от момента возникновения до его смерти. Живым является то, что удовлетворяет собственные потребности и потребности общности в которой данное существует, активно анализируя и используя условия окружающей среды [7].

В современной науке  тема различия живой и неживой природы пользуется большим интересом. Рассмотрение вопросов связанных с данной тематикой носит как теоретическую, так и практическую значимость. Именно этим обусловлена актуальность работы.

В рамках достижения поставленной цели нами были поставлены следующие задачи: изучить, что такое живая и неживая материя; сравнить живую и неживую природу и выявить сходства и различия.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 ЖИВАЯ МАТЕРИЯ

Живая материя  имеет в основе те же физические свойства, что и неживая. Понятие  «материя» многогранно. В целом  материя представляет совокупность вещества и поля, которые выступают  как разные виды материи.  Веществом  называют объекты и системы, обладающие массой покоя. Поле − это виды материи, не имеющие массы покоя. Например, электромагнитное поле представляет излучение в форме квантов (порций) энергии. Существует также гравитационное поле, нейтринное излучение. Между веществом и полем нет строгой границы, так как элементарные частицы вещества, например электроны, обладают одновременно корпускулярными и волновыми свойствами (дуализм волны и частицы). Эти базовые положения квантовой (волновой) механики были сформулированы в 20-30-е годы 20-го века. Выдающимся представителем этой новой науки был датский физик Нильс Бор.

Живая материя  представляет особо сложное вещество и, соответственно, сложное многофакторное поле. Именно уровень сложности делает материю живой, хотя внутри нее действуют простые физические и химические законы. По уровню сложности материи разграничиваются и сферы внимания естественных наук. Атомы − поле деятельности физики, молекулы − объект химии, с уровня макромолекул начинается биология, так как с этого уровня сложности появляются качественно новые свойства, характеризующие живую материю.

Биологические макромолекулы − это белки, липиды, углеводы и нуклеиновые кислоты. Белки и нуклеиновые кислоты представляют апериодические полимеры, так как их мономеры − 20 видов аминокислот в белках и 4 вида нуклеотидов в ДНК и РНК − чередуются беспорядочно. Это и является источником огромного структурного разнообразия живой материи, какого нет в неживой природе.

Любая материя  существует в движении. В широком  смысле под движением материи понимают ее постоянное развитие, изменение, преобразование вещества в поле и обратно. Для понимания основной формы движения живой материи сначала необходимо усвоить важнейшее исходное понятие − 2-ой закон термодинамики. Суть его в том, что в природе изначально существует фундаментальная асимметрия, неравновесие в распределении вещества и поля (энергии), поэтому самопроизвольно все физические процессы (движение материи) направлены к достижению равновесного состояния. Это означает переход материи из упорядоченного, структурированного состояния, когда есть сгустки и разреженные участки вещества и поля, к диффузному, гомогенному распределению вещества и поля в пространстве. В таком диффузном состоянии материя имеет минимальную свободную энергию − энергию, способную совершить работу, и, напротив, максимальную энтропию -рассеянную долю энергии, не способную к совершению работы. Это правило касается всех самопроизвольных процессов, в том числе колебательных: горячее тело рано или поздно остывает (энергия рассеивается); прыгающий мяч снижает амплитуду и в итоге останавливается и т. д.  Эти процессы дезорганизации материи самопроизвольно необратимы.

Сформулированное 2-ое правило термодинамики полностью  справедливо и для живой материи, которая в основе подчиняется  законам физики и самопроизвольно стремится к распаду, к равновесному состоянию с минимальной свободной энергией и максимальной энтропией. На рисунке А.1 (Приложение А) эти процессы показаны в левой части схемы и означают смерть живой материи, ее превращение в неживую [8].

Однако живая  материя, пока она действительно  живая, остается неравновесной, структурированной, высоко упорядоченной. В ней имеется  свободная, готовая совершить работу энергия, а энтропия минимальна. Такое  состояние поддерживается за счет притока внешней энергии и ее трансформации в энергию химических связей макромолекул. Концентрация вещества и поля, то есть повышение внутренней свободной энергии материи происходит в процессе разнообразных биосинтезов (образования сложных веществ из простых), сопряженных с поглощением внешней энергии. Это и есть жизнь − противоположность смерти (правая часть схемы на рисунке А.1). Поскольку основной формой внешней энергии для поддержания жизни является солнечный свет, формулу жизни можно конкретизировать, что показано на рисунке А.2 (Приложение А).

Таким образом, взаимодействие потоков простого вещества и энергии в ходе биосинтеза живого вещества и обратный процесс распада, то есть обмен веществ и энергии, составляет фундаментальное свойство жизни, основную форму движения живой материи. Этому определению вторят разнообразные характеристики жизни, как-то:

Жизнь − это специфическая форма движения материи (кругооборот материи, обмен веществ и энергии) с поддержанием упорядоченного неравновесного состояния (с высокой свободной энергией и низкой энтропией) за счет поглощения и трансформации внешней энергии.

Жизнь − это поддержание высокой упорядоченности (низкой энтропии) в среде с меньшей упорядоченностью (высокой энтропией).

Жизнь препятствует росту энтропии.

Жизнь − это синтез вещества и поля [8].

Современная биология при  описании живого идет по пути перечисления основных свойств живых организмов. При этом подчеркивается, что только совокупность данных свойств может  дать представление о специфике  жизни.

К числу свойств живого обычно относят следующие:

1) живые организмы характеризуются сложной, упорядоченной структурой, уровень их организации значительно выше, чем в неживых системах;

2) живые организмы получают энергию из окружающей среды, используя ее на поддержание своей высокой упорядоченности, большая часть организмов прямо или косвенно использует солнечную энергию;

3) живые организмы активно реагируют на окружающую среду (если толкнуть камень, то он пассивно сдвигается с места, если толкнуть животное, оно отреагирует активно: убежит, нападет или изменит форму). Способность реагировать на внешние раздражения − универсальное свойство всех живых существ, как растений, так и животных;

4) живые организмы не только изменяются, но и усложняются (так у растения или животного появляются новые ветви или новые органы, отличающиеся по своему химическому составу от породивших их структур);

5) все живое размножается (потомство и похоже, и в то же время чем-то отличается от родителей, в этом проявляется действие механизмов наследственности и изменчивости, определяющих эволюцию всех видов живой природы);

6) живые организмы хорошо приспособлены к среде обитания и соответствуют своему образу жизни (строение крота, рыбы, лягушки, дождевого червя полностью соответствует условиям, в которых они живут).

Обобщая и несколько упрощая сказанное о специфике живого, можно отметить, что все живые организмы питаются, дышат, растут, размножаются и распространяются в природе, а неживые тела не питаются, не дышат, не растут, не размножаются.

Из совокупности этих признаков вытекает следующее обобщенное определение сущности живого: жизнь есть форма существования сложных, открытых систем, способных к самоорганизации и самовоспроизведению. Важнейшими функциональными веществами этих систем являются белки и нуклеиновые кислоты [3].

Интерес к познанию живой  природы возник у человека очень  давно, еще в первобытную эпоху, и был тесно связан с его  важнейшими потребностями: в пище, лекарствах, одежде, жилье и т.п. Однако только в первых древних цивилизациях люди стали целенаправленно и систематически изучать живые организмы, составлять перечни животных и растений, населяющих разные регионы земли. Наука, занимающаяся изучением живой природы, получила название биология. В настоящее время биология представляет собой целый комплекс наук о живой природе. Причем существуют различные классификации последних. Например, по объектам исследования биологические науки подразделяются на вирусологию, бактериологию, ботанику, зоологию и антропологию.

По уровню организации  живых объектов выделяются следующие науки:

·  анатомия, посвященная  изучению макроскопического строения животных;

·  гистология, исследующая  строение тканей;

·  цитология, изучающая  клетки, из которых состоят все  живые организмы.

По свойствам, или проявлениям  живого, биология включает в свой состав:

·  морфологию — науку  о структуре, или строении живых  организмов;

·  физиологию, которая  изучает их функционирование;

·  молекулярную биологию, исследующую микроструктуру живых  тканей и клеток;

·  экологию, рассматривающую образ жизни растений и животных и их взаимосвязи с окружающей средой;

·  генетику, которая  изучает законы наследственности и  изменчивости живых организмов.

Все эти классификации  в известной степени условны  и относительны и пересекаются друг с другом в различных пунктах. Такая многоплановость комплекса биологических наук во многом обусловлена необычайным многообразием живого мира [1].

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 НЕЖИВАЯ МАТЕРИЯ

Неживая природа, или  косная материя, представлена в виде вещества и поля, которые обладают энергией. Она организована в несколько уровней: элементарные частицы, атомы, химические элементы, небесные тела, звёзды, галактика и Вселенная. Вещество может пребывать в одном из нескольких агрегатных состояний (например, газ, жидкость, твёрдое тело, плазма). Развитие Неживой природы привело к появлению живой природы.

Неживая природа существует на различных  уровнях сложности. Первым из них, по современным представлениям, являются кварки, из которых состоят элементарные частицы. Далее следует уровень  атомов, слагаемых из элементарных частиц, затем идут уровни: молекул, макроскопических тел, мегаобъектов, галактик, скоплений галактик, метагалактики и Вселенной. Важно отметить, что каждый последующий уровень не сводится механически к предыдущему. Например, атом не является простой механической суммой образующих его элементарных частиц, а представляет собой нечто более сложное и качественно новое по сравнению с этой суммой, и поэтому никак не сводим к ней. Вспомним, одна из характерных черт третьей, или современной научной картины мира − это антимеханициз, в силу которого не только Вселенную в целом, но и каждый отдельный ее объект нельзя рассматривать как механическую совокупность составляющих частей [5].

В мире неживой природы  действует так называемый принцип  наименьшего действия. В соответствии с этим принципом система постоянно переходит от менее устойчивого к наиболее устойчивому состоянию. При этом всякое тело стремится принять такую форму, при которой оно обеспечивает минимум энергии его поверхности, совместимую с ориентирующими силами. Симметрия порождающей среды, в которой образуется тело, накладывается на симметрию тела. Получающаяся при этом форма тела сохраняет те элементы собственной симметрии, которые совпадают с наложенными на него элементами симметрии среды. На вопрос о происхождении и эволюции неживой природы неклассическое естествознание, отвечает с помощью гипотезы Большого взрыва: Не было ни звука, ни света, ни времени, ни пространства; только она, абсолютно черная масса флуктуаций неимоверных энергий, клубилась и пульсировала во мраке, с непреодолимой силой стремясь сосредоточиться в одной единственной точке – Великой Сингулярности. И когда невообразимая плотность энергии флуктуаций в Сингулярности достигла Абсолюта, она выразила себя на мгновение в сверкнувшей во мраке капле протовещества – первожидкости, состоящей из зародышей нового мира – кварков и глюонов. И содрогнулась темная масса, жадно впитав в себя эту каплю, она мгновенно превратилась ослепительно яркую субстанцию, через которую Сингулярность выразила себя, излучая все, что составляло Суть ее. И не было больше мрака – только звучащий Свет, рождающий в себе новый Мир, Пространство и Время. И было это 15 миллиардов лет назад, из капли протовещества возникла Вселенная с мириадами Галактик, Звезд, Планет. И каждое творение Вселенной заключало в себе частицу Великой Сингулярности, которая выразила себя через свое Творение, создав Разум и Живую Материю [1].