Сформулируйте в чем состоит сущность естественно научной теории витализма господствовавшей в науке
Витализм
Витали́зм (от лат. vitalis — «жизненный») — учение о наличии в живых организмах нематериальной сверхъестественной силы, управляющей жизненными явлениями — «жизненной силы» (лат. vis vitalis ) («души», «энтелехии», «археи» и проч.). Теория витализма постулирует, что процессы в биологических организмах зависят от этой силы, и не могут быть объяснены с точки зрения физики, химии или биохимии. [1]
Витализм развивался в масштабе цивилизационных эпох:
В результате накопления опытных данных химией и биологией витализм потерял свое значение. В настоящее время он относится к неакадемическим теориям.
Содержание
Развитие
Виталистические воззрения уходят корнями в анимизм. Хотя они были общепринятыми, попытки создать правдоподобную научную модель начинаются с начале XVII в., когда было предположено, что материя существует в двух совершенно различных формах, отличающихся поведением по отношению к теплоте. Эти две формы были названы «органическая» и «неорганическая». Неорганическая материя может быть расплавлена и возвращена в первоначальное состояние, как только будет прекращено нагревание. Органические структуры «спекаются» при нагревании, переходя в новые формы, которые невозможно восстановить до прежнего состояния, просто прекратив нагревание. Велись споры, является ли причиной различий между этими двумя формами материи существование «жизненной силы», присутствующей только в «органической материи».
Теория о микробиологических причинах заболеваний, поддержанная изобретением микроскопа в XVI веке, уменьшила значение витализма в западной медицине, и роль органов в жизнедеятельности стала более понятной, уменьшая потребность в объяснениях феномена жизни посредством мистических «жизненных сил». Тем не менее, виталистические идеи все ещё считались необходимыми некоторыми учёными.
В начале XIX века Йёнс Якоб Берцелиус, известный как один из отцов современной химии, отверг мистические объяснения витализма, но, тем не менее, велись споры о существовании регулирующей силы внутри живой материи, поддерживающей её функции. Карл Рейхенбах позднее разработал теорию «Силы Одина», формы жизненной энергии, которая пронизывает живые существа. Эта концепция так и не получила большой поддержки, несмотря на авторитет Рейхенбаха. Теперь витализм часто используется как уничижительный эпитет. Но, несмотря на это, Эрнст Майр, со-основатель синтетической теории эволюции и критик витализма и редукционизма, писал в 2002 году:
 | Было бы антиисторично высмеивать виталистов. При чтении работ ведущих виталистов, таких как Дриш, приходится согласиться с тем, что многие основные проблемы биологии не могут быть разрешены при помощи философии подобной Декартовой, в которой организм считается просто машиной… Логика критиков витализма была безупречна. Но все их попытки найти научный ответ на все так называемые виталистические явления оканчивались неудачей… Отвергая философию редукционизма, мы не атакуем анализ. Никакая сложная система не может быть понята иначе как через тщательный анализ. Во всяком случае, взаимодействие компонентов должно приниматься во внимание так же, как свойства отдельных компонентов. |  |
Месмеризм
В XVIII веке была популярной виталистическая теория «животного магнетизма» Ф. А. Месмера. Однако русский термин животный магнетизм — перевод термина Месмера magnétisme animal — является неверным по четырем причинам:
Идеи Месмера стали такими популярными, что король Людовик XVI созвал две комиссии для исследования месмеризма. Одну возглавлял Жозеф Гильотен, вторую — Бенджамин Франклин, которая включала Жозефа Сильвана Бальи и Лавуазье. Члены комиссий изучили теорию Месмера и видели пациентов, впадавших в транс. В саду Франклина пациента подводили к пяти деревьям, одно из которых было «месмеризовано»; пациент обнимал каждое дерево по очереди, чтобы принять «жизненные флюиды», но упал у «неправильного» дерева. В доме Лавуазье 4 обычных чашки с водой были поднесены к «восприимчивой» женщине, и четвёртая чашка вызвала конвульсии. Но женщина спокойно выпила «месмеризованное» содержимое пятой, считая её обычной водой. члены комиссии заключили, что «флюиды без воображения бессильны, однако воображение без флюидов может произвести эффект флюида». Это важный пример победы силы разума и контролируемого эксперимента над ложными теориями. Иногда считается, что виталистские идеи ненаучны, потому что непроверяемы; здесь теория была не только проверена, но и признана ложной.
Витализм в истории химии
В истории химии витализм играл ведущую роль, отличая органические и неорганические вещества, следуя аристотелевскому различию между царством минералов и царствами животных и растений. Главной предпосылкой этих виталистических воззрений было владение органическими веществами, в отличие от неорганических, «жизненной силой». Из этого вытекало и было предсказано, что органические соединения не могут быть синтезированы из неорганических. Однако химия развивалась, и в 1828 году Фридрих Вёлер синтезировал мочевину из неорганических компонентов. Вёлер написал Берцелиусу письмо, в котором говорил, что он стал свидетелем «великой трагедии в науке — убийства прекрасной гипотезы уродливым фактом». «Прекрасной гипотезой» был витализм; «уродливым фактом» — пробирка с кристаллами мочевины.
Согласно общепринятым взглядам на прогресс химической науки, последовавшие за этим открытия отвергли «витальную силу», по мере того, как все большее количество жизненных процессов стало возможным объяснить химическими или физическими явлениями. Тем не менее, не считается, что витализм умер именно в тот момент, когда Вёлер синтезировал мочевину. «Миф о Вёлере», как он был назван историком науки Питером Дж. Рамбергом, зародился в научно-популярной книге об истории химии, опубликованной в 1931 году, которая «игнорируя все претензии на историческую точность, превратила Вёлера в рыцаря, который совершал попытку за попыткой синтезировать природное вещество, которая опровергла бы витализм и сдернула покров невежества, до тех пор, пока „в один день не свершилось чудо“».
Основной антимеханический тезис в химии — телеологичность процессов, уже не объясняемых механически на уровне клетки (см. например Albrecht-Buehler).
Некоторые величайшие умы того времени продолжали исследовать витализм. Луи Пастер, вскоре после его знаменитого опровержения теории спонтанного самозарождения, совершил несколько экспериментов, которые, как он чувствовал, поддерживают теорию витальности. Согласно Бехтелю, Пастер «применил ферментацию к более общей программе, описывающей особенные реакции, которые протекают только в живых организмах. Они не применимы к витальным явлениям.» В 1858 году Пастер показал, что ферментация происходит только в присутствии живых клеток и в отсутствие кислорода. Это привело его к описанию ферментации как «жизни без воздуха». Он не нашёл подтверждения утверждениям Берцелиуса, Либига, Траубе и других, что ферментация происходит под действием химических агентов или катализаторов внутри клеток, и заключил, что ферментация — «витальное действие».
Оригинальную системную биохимическую концепцию жизни разрабатывал в 1871—1911 гг. Эдмунд Монтгомери.
Витализм: происхождение, теория, представители, в философии, в науке
Содержание:
Согласно теории витализма, все живые организмы имеют жизненно важный элемент, который отличает их от неодушевленных существ. Этот поток мыслей используется, среди прочего, для животных, противников абортов, пацифистов и вегетарианцев с намерением придать жизненный характер всем существам, кроме неодушевленных.
Происхождение
В науке витализм зародился в 18 веке как разделение между живым и инертным. В 1828 году теория была поставлена под сомнение, когда Фридрих Велер синтезировал мочевину в лаборатории из неорганических соединений.
В философии витализм зародился в конце XIX века и возник как явный ответ на рационализм таких авторов, как Кант и Декарт, в трудах которых человеческому разуму придавалось особое значение.
В области философии о витализме первым заговорил Шопенгауэр, но величайшим представителем этого направления, несомненно, является Фридрих Ницше.
Теория и характеристики
Теория витализма утверждает, что существует жизненная сила, которая составляет фундаментальный компонент, гармонизирующий как разум, так и тело. Исходя из этого понятия, человек считается смесью тела, разума и жизненной силы.
Основные особенности
Витализм иррационален: разум не может уловить сущность бытия, и именно витализм придает ей смысл. Согласно витализму, реальность характеризуется своей динамичностью, и разум стремится уловить этот динамизм и превратить его в нечто статичное.
Витализм развивается параллельно с другими доктринами, которые также стремятся противопоставить себя позитивизму и рационализму того времени. Примером доктрины, которая шла рука об руку с этим, является историзм.
Витализм предлагает соединиться с реальностью по-человечески. Вот почему он пытается не испускать рациональных представлений о жизни, а пытается сосредоточиться на восприятии реальности через ощущения, чувства, эмоции и импульсы.
Представители
-Фридрих Ницше
Немецкий философ, родившийся 15 октября 1844 года. Считается самым ярким представителем витализма. Он изучал философию и несколько семестров теологии и был профессором Базельского университета.
Его мышление основано на глубокой критике западной культуры, которая, по его мнению, основана на ценностях, отрицающих жизненно важный фактор человека.
Критика морали
В своей критике морали Ницше проповедует, что западная этика полностью рациональна, основанная на том факте, что существует высшее существо, которое контролирует все и отделяется от жизненной воли человека.
Для Ницше западная мораль того времени находится под влиянием Сократа, Платона и христианства и полностью перевернула моральные ценности.
Критика религии
Ницше также резко критикует религию, особенно христианскую. По его мнению, христианство перевернуло и вульгаризировало ценности, сделав человека боязливым и виноватым и не позволяя ему чувствовать и действовать согласно инстинктам.
Решением этой проблемы было бы покончить с фундаментальным столпом религии, которым является Бог, и сосредоточить мораль на жизненном импульсе.
Критика философии
Он также критиковал философию того времени. Философским течением до Ницше был позитивизм, полностью рациональная дисциплина, которая рассматривает человека как статичное и неизменное существо, концепции, которые Ницше решительно отвергал своим виталистическим мышлением.
Концепция, которую ввел Ницше, была концепцией сверхчеловека, существа, которое должно было стать эволюцией человека. Это будет эволюция, которая произойдет, когда человек забудет Бога и оставит себя в покое.
У сверхчеловека жизненный импульс является компасом его жизни: он хочет жить, совершенствоваться и быть в связи с землей, на которой он стоит.
-Анри Бергсон
Бергсон был философом и писателем, который родился во Франции 18 октября 1859 года. В 1927 году он получил Нобелевскую премию по литературе.
Подобно Ницше, Бергсон придерживался в своей философии концепции витализма, но с другими нюансами.
Например, élan vital у растений развивается для получения питательных веществ, в то время как у животных, помимо прочего, появляется élan vital, чтобы они могли двигаться.
Виталистическая концепция Бергсона отличается от других, поскольку чистый витализм говорит о жизненной силе как о необратимом явлении во всех живых существах, тогда как для Бергсона жизнь развивается по-разному в разных живых существах в соответствии с их потребностями. Из-за этого жизненная сила не одинакова для всех живых существ.
-Морис Блондель
Блондель был христианином и поэтому очень много думал о религии. Действие пытается объединить все части существа: рациональную, духовную и жизненную силу. Согласно Блонделю, на все это влияет конечное действие бытия.
-Хосе Ортега-и-Гассет
Он был философом и эссеистом, который родился в Испании 9 мая 1883 года. Считается, что он принадлежит к течениям мыслительного процесса.
Хотя Ортега-и-Гассет считал жизненный разум двигателем жизни, он также пытался сделать разум совместимым с чистым существованием.
Он пытался найти золотую середину между разумом и витализмом. Для него нет противоречия между ними, одно не заменяет другого, а дополняет друг друга. Разум используется человеком, чтобы жить; следовательно, человеческий интеллект движется жизненными импульсами.
-Георг Эрнст Шталь
Он был немецким врачом и химиком, родившимся в 1660 году, и одним из самых важных представителей витализма в науке. В этом контексте это течение зародилось в семнадцатом веке под названием «анимизм», и фактически его отцом был Шталь.
Этот ученый пытался объяснить с помощью этой теории все, чего не могли дать биология и медицина; точнее, способность организма к регенерации и саморегулированию.
-Пол Джозеф Бартез
Французский врач, родившийся 11 декабря 1734 года. Он был отцом так называемого «монпелье витализма».
Бартез отстаивал наличие жизненно важного принципа, из которого исходят все органические функции человеческого тела. Его мысль была промежуточным звеном между механическими объяснениями тела и сверхъестественным.
Он пытался научным образом объяснить, что существует жизненная сила, которая объясняет физиологические явления человеческого тела.
Витализм в философии
В области философии витализм известен как витальная философия. Он возник в противовес рациональным течениям времени и пытался объяснить существо с эмоциональной, импульсивной точки зрения, движимое жизненной энергией, а не чисто материалистическими элементами.
Для философии витализма жизнь ценна сама по себе и чужда рациональному. Однако были философы, подобные Блонделю, которые объясняли витализм, не пренебрегая разумом.
Витализм в философии гораздо более эфирен, чем в науке, поскольку он принимает соображения эмоционального характера и пытается придать бытию духовный смысл, но не религиозный. Попробуйте объяснить человеческое существование на основе жизненной силы.
Витализм в науке
Научный витализм происходит непосредственно из биологии. В течение семнадцатого и восемнадцатого веков была предпринята попытка объяснить различные биологические и физиологические явления с помощью виталистического мышления.
Хотя объяснение научного витализма может показаться сверхъестественным, это не более чем способ объяснить, что человеческое тело не только механическое и инертное, но и что существует жизненная сила (называемая одними анимой и другими доминирующей силой), которая порождает движения, которые позволяют человеческому телу восстанавливаться и обновляться.
Ссылки
Скорочтение: изучите 5 техник, чтобы читать быстрее
Объемная пипетка: характеристики, применение, калибровка и ошибки
Теория витализма
Как говорит Википедия, витализм – это учение про жизненную силу, которая управляет разнообразными процессами в живых организмах. Виталисты же – это люди, которые являются приверженцами данного учения.
Теория витализма совершенно идеалистическая, и она допускает, что некая нематериальная сила жизни содержится в каждом организме.
Все процессы находятся в зависимости от данной силы, и их никак нельзя объяснить через научные законы. В этой статье мы поговорим подробно о том, чем является витализм, как развивалась виталистическая теория в разные исторические периоды и как она повлияла на современную психологию и педагогику.
История развития витализма
Данное учение развивалось на протяжении разных эпох. Так, его черты прослеживаются в ряде традиций:
В результате того, что такие науки, как химия, биология и физика, накопили значительный объем данных опытным путем, витализм начал попросту терять свое значение и влияние. Так, сейчас его относят к теориям неакадемического характера.
Истоки подобных воззрений нужно искать в древности. Тогда предпринимались попытки придумать определенную модель мира и жизни всех живых существ.
В те времена появилось предположение о том, что материя имеет разные формы, которые отличаются своим отношением к такому фактору, как теплота. Форм жизни было две, их назвали органической и неорганической материей.
Последнюю можно вернуть назад, в ее первичное состояние, в том случае, если она нагревается, а затем нагрев прекращается. А вот все органические структуры в результате такого нагрева спекаются и переходят в другие формы, которые не восстанавливаются до прежних значений.
И вот таким образом среди ученых шли споры о том, что является причиной различий этих двух форм жизни. Был сделан вывод, что существует некая сила жизни, которая присутствует лишь в органической форме существования.
Когда в XVI столетии была разработана теория причин разных заболеваний (в качестве такой причины в ней рассматривались микробы), влияние витализма на западную медицину уменьшилось. Также стало более очевидным и функционирование разных органов в живых организмах, благодаря чему ученые начали постепенно отказываться от мистических теорий объяснения жизненных феноменов.
Однако ряд ученых еще долгое время пытался развивать данные идеи в своих работах. Тем не менее в XIX столетии Якоб Берцелиус отверг объяснение витализма с мистической точки зрения. Этот ученый считается «отцом» химии как современной науки. В то же время среди других ученых велись споры о том, существует сила в материи или нет.
Позднее было введено понятие «сила Одина», которое объясняет энергию жизни, пронизывающую все живые организмы. Автором этой теории был Карл Рейхенбах. Данная концепция не получила большой популярности, даже несмотря на авторитет изобретателя. С тех пор термин «витализм» начал использоваться в качестве уничижительного наименования.
Но даже в 2002 году Эрнст Майр, несмотря на то, что он со своими коллегами разработал синтетическую теорию эволюции и был явным критиком витализма, говорил, что высмеивать виталистов неисторично и ненаучно. Так, если прочитать работы некоторых выдающихся виталистов, например Дриша, то приходится соглашаться с теориями о том, что ряд биологических проблем невозможно объяснить при помощи философии Декарта, в рамках которой организм воспринимается как обычный робот.
Виталистическая теория в педагогике
Отдельно следует остановиться на влиянии витализма на педагогику и психологию. Здесь сразу же стоит вспомнить талантливого итальянского педагога и теоретика воспитания дошкольников – Марию Монтессори. Она была первой женщиной в истории Италии, которая получила степень доктора медицинских наук.
Мария Монтессори проводила работы вначале в психиатрической клинике для детей. Она разрабатывала методики воспитания малышей и затем включила их в свою практику. В итоге ее система развития дошкольников стала популярной по всему миру.
В течение всей жизни эта женщина постоянно пропагандировала разработанный ею метод. Ее работы стали невероятно популярными в детских учреждениях ряда стран мира.
Мировоззрение Монтессори соотносимо с субъективным идеализмом. Она противопоставляла душу и человеческое тело и являлась последовательницей виталистической философии. Педагог считала, что есть некая постоянная жизненная сила, которая имеет мистический характер и является двигателем в развитии каждого индивида.
Женщина была противницей материализма и его взглядов на природу мира и человека, а также на сам процесс воспитания ребенка. Ею были разработаны вопросы антропологического подхода в педагогике и поставлен ряд экспериментов в сфере воспитания дошкольников.
Монтессори полагала, что как мы не можем влиять на тело ребенка, на его форму и внешность, так же мы не способны понять, каковы его внутренняя сущность и потребности, как и в какое время ребенку может понадобиться то или иное для его развития. Все это привело ее к принципам ненасилия над ребенком и уважения его личности.
В итоге была выведена теория о недопустимости активной роли воспитателя, о выдвижении на первый план принципов самообучения и самовоспитания детей. В процессе практики педагогом изучалась психология малышей, проводились постоянные антропологические измерения различных показателей.
Для того чтобы дети имели возможность самостоятельно обучаться, были сделаны различные изменения в оснащении комнат детских учреждений. Так, парты заменили легкой мебелью, стали использовать удобное оборудование.
Впрочем, Монтессори не смогла избежать ряда противоречий. Так, хотя она и говорила о том, что невозможно познать те законы, которые управляют развитием малыша и руководить ими, все же она сама ставила эксперименты и продумывала средства, которые способствовали бы раскрытию детских жизненных сил. Она говорила, что воспитание – это активное содействие обычным процессам развития малыша.
Так что следует отметить, что виталистическая теория до сих пор играет важную роль в развитии общества, особенно если это касается педагогических вопросов, и подтверждением этому служит распространенность педагогики Монтессори в практике воспитания. Автор: Наталья Зорина
Концепция материальной сущности жизни. Механицизм, витализм
» data-shape=»round» data-use-links data-color-scheme=»normal» data-direction=»horizontal» data-services=»messenger,vkontakte,facebook,odnoklassniki,telegram,twitter,viber,whatsapp,moimir,lj,blogger»>
КОНЦЕПЦИЯ МАТЕРИАЛЬНОЙ СУЩНОСТИ ЖИЗНИ
Концепция сущности жизни имеет прямое отношение к основному вопросу философии, суть которого в соотношении бытия и сознания, материи и духа. Диалектический материализм решает этот вопрос так: бытие, материя – первичны; сознание, дух – вторичны. То есть сознание как высшее отличие живого от неживого является свойством материи. В таком понимании жизнь есть форма существования особо сложной материи.
МЕХАНИЦИЗМ И ВИТАЛИЗМ В ИСТОРИИ БИОЛОГИИ
Исторически существовало две противоположные точки зрения на этот вопрос – материалистическая и идеалистическая. Первая получила название механицизма, вторая – витализма.
Механицизм (от греческого mechane – орудие, сооружение) объяснял жизнь исходя из обычных механических или физических форм движения и превращения материи. Механицизм – односторонний метод познания, так как основан на признании механической формы движения материи единственно объективной. Было несколько механистических трактовок сущности жизни.
Машинная теория была популярна в 17-18 веках (Декарт и др.). Жизнь представлялась как сумма физических и химических процессов, которые подобно машинным процессам протекают на статичных, неизменных структурах. В этой трактовке отсутствовала идея развития, эволюции. Живой мир рассматривался как сложный физико-химический механизм, работающий в заданном режиме.
Механицизм как физикализм возник в конце 19 – начале 20 веков и получил законченные формы к середине 20 века. Согласно представлениям физикалистов жизнь развивается, но по сути она представляет простые физико-химические процессы. Причем сложнейшие биологические процессы сначала сводятся к более простым химическим, а химические в свою очередь сводятся к еще более простым – физическим. Такие отношения между уровнями разной сложности обозначаются как принцип сводимости (сложные уровни и процессы сводятся к простым). Метод познания, основанный на принципе сводимости, или редукции, называется редукционизмом (от латинского reductio – отодвигание назад, возвращение к прежнему состоянию), так что физикализм в своем методологическом применении выступает как крайняя форма редукционизма. Для физикализма, как и для механицизма в целом, характерно отрицание качественной специфики более сложных материальных образований, поскольку сложное сводится к более простым элементам, целое – к сумме его частей.
Развитию физикализма как естественнонаучного мировоззрения способствовали успехи физики и химии второй половины 19 века и первой половины 20 века, открытие в живых телах свойств и законов движения (в физико-химическом смысле) неорганических тел. Жизнь сводится к процессам обмена веществ и энергии по химическим и физическим законам. Приведем некоторые характерные высказывания видных ученых в духе физикализма.
Бертран Рассел – английский философ, математик, логик; написано в 1951 году: «Нет причины считать, что живая материя подчиняется иным законам, чем те, которые управляют живой материей, и есть достаточные основания полагать, что все поведение живой материи удастся теоретически объяснить средствами физики и химии». Таким образом, надо полагать, биология станет частью физики и химии.
Эрвин Шредингер – австрийский физик, квантовый механик заявил в 1946 году, что «живая материя, хотя она и не отклоняется от установленных к настоящему времени физических законов, вероятно, подчиняется и другим, еще не открытым физическим законам, которые, когда они будут ясно показаны, составят такую же неотъемлемую часть физики, как и первые».
То есть любые, пока что неразгаданные формы проявления жизни рано или поздно будут объяснены как физические процессы. Бурное развитие физики второй половины 20 века, открытие новых элементарных частиц и физических полей, успехи кибернетики и теории информации все более полно объясняют сложные материальные взаимодействия в природе, в том числе и в живых организмах, и все меньше тайн остается в понимании сложных биологических процессов. Но сама по себе физико-химическая интерпретация жизненных реакций не давала в прошлом и не дает сейчас ответа но вопрос: где кончается неживая природа и начинается живая? А что предлагали по этому поводу идейные противники механицистов – виталисты?
Витализм (от латинского vitalis – жизненный, живой) утверждает, что живое не сводится только к физико-химическим явлениям, в нем действуют еще и особые «жизненные силы».
Витализм – давняя концепция, его корни, как и корни механицизма, уходят в классическую древность. Великий античный философ Аристотель (IV век до н. э.) ввел понятие «энтелехия», которое противопоставляется «материи» и означает конечную причину, цель, идею о совершенстве формы организма, которая и управляет развитием. По определению Аристотеля живой природе присуща «цель в самой себе».
Однако идея энтелехии не была преодолена окончательно. В начале 20 века система витализма наиболее полно была изложена Хансом Дришем – видным немецким биологом и философом. Опираясь на открытые им эмбриональные регуляции, Дриш утверждал, что развитие организма не сводится к реализации предустановленного, заранее спланированного экстенсивного (пространственного) разнообразия, как утверждали механицисты, но происходит переход интенсивного (непространственного) разнообразия в экстенсивное. Этот переход свойствен только живым системам и осуществляется под действием специфически витального фактора – энтелехии.
Заметим, что признание энтелехии, жизненной силы часто ведет к антропоморфическим образам: учение о субстанциональной душе, психической силе. На этих понятиях основываются так называемый психовитализм (психизм), мистицизм. Поддержанию таких понятий способствуют очень большие и пока не разрешенные трудности в понимании принципов работы мозга, векторов эмбрионального развития, направленного и «целесообразного» характера биологической эволюции. Положительное значение витализма состояло в критике механистических взглядов на биологическую причинность, в стимулировании работ по биологической информации.
С развитием системного подхода и современного учения о самоорганизации (синергетики) причины специфической живой организации стали искать не во внешних силах, а в самопроизвольно и эмерджентно возникающих новых свойствах достаточно сложных систем. Специфика живого не отрицается, но она выводится как естественное свойство наиболее сложно организованной материи. Некий пороговый уровень сложности органических макромолекул – прежде всего белков и нуклеиновых кислот – и является той гранью, за которой (той «причиной», по которой) возникает качество жизни. В общефилософском смысле можно говорить о переходе количественных изменений в качественные. Понять эту качественную специфику – наша дальнейшая задача. Однако одного философского рационализма (от латинского ratio – разум), мудрствования здесь мало – нужны достоверные эмпирические (опытные) знания. Их добывают естественные науки, в том числе биология.
ЖИВАЯ МАТЕРИЯ И ЕЕ ОСНОВНАЯ ФОРМА ДВИЖЕНИЯ. ОБМЕН ВЕЩЕСТВ И ЭНЕРГИИ В ЖИВОЙ СИСТЕМЕ
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. Подчеркнем, что 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.
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 рис. 4 эти процессы показаны в левой части схемы и означают смерть живой материи, ее превращение в неживую.
Рис. 4. Термодинамические процессы в живой материи.
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 рис. 4). Поскольку основной формой внешней энергии для поддержания жизни является солнечный свет, формулу жизни можно конкретизировать:
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.
Далее мы подробнее остановимся на вопросах биосинтеза веществ и использования энергии, но не вдаваясь в глубокие детали во избежание потери главной мысли – о материальной сущности жизни.
ТРАНСФОРМАЦИЯ И ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЭНЕРГИИ
Итак, материальная сущность жизни проявляется, прежде всего, в непрерывном обмене веществ и энергии, который происходит между живой системой (клеткой, организмом, биоценозом) и окружающей его внешней средой. В этом смысле биологические системы являются открытыми.
Рис. 5
Рассмотрим несколько подробнее реакции энергетического обмена. Независимо от исходного источника энергии все организмы – как аутотрофы, так и гетеротрофы – сначала переводят энергию в удобное для дальнейшего использования состояние. Это – так называемые макроэргические (богатые энергией) связи в молекулах аденозинтрифосфорной кислоты – АТФ (рис. 5). Образуются молекулы АТФ из аденозиндифосфорной (АДФ) или аденозинмонофосфорной (АМФ) кислоты и свободных молекул фосфорной кислоты, но при непременном поглощении внешней энергии – солнечной или химической (эндотермическая реакция). Количество энергии, запасенное в макроэргической связи, на порядок больше, чем в обычных связях, например, внутри молекулы глюкозы, поэтому в составе АТФ энергию удобно хранить и транспортировать в пределах клетки. В местах потребления этой энергии АТФ распадается на АДФ и фосфат (при крайней необходимости даже на АМФ и два фосфата), а освобожденная энергия расходуется на ту или иную работу – синтез глюкозы в хлоропластах растительных клеток, синтез белков и других макромолекул, транспорт веществ в клетку и из клетки, движение и др. (см. рис. 5 и 6). АДФ (АМФ) и фосфат могут снова соединиться, захватив очередную порцию внешней энергии, а потом разрушиться и отдать энергию в работу. Циклические преобразования АТФ многократно повторяются. Таким образом, АТФ выступает в качестве универсального переносчика энергии внутри клетки, своеобразной разменной монетой в энергетических платежах за внутриклеточные процессы.
Рис. 6
После того, как нам стала ясна роль АТФ и ее цикл, вся проблема клеточной энергетики сводится к пониманию первичных источников энергии и механизмов ее перевода в АТФ. В общем виде ситуация такова: у фотосинтетических аутотрофных организмов синтез АТФ из АДФ и фосфата генерируется солнечной энергией, у гетеротрофов – энергией от окисления пищевых продуктов (см. рис. 5). Таким образом, растениям для синтеза АТФ нужен свет, животным и человеку нужна органическая пища.
Свет является первичным источником энергии, он используется в реакциях фотосинтеза у растений. По конечной сути реакция фотосинтеза довольно проста:
6СО2 + 6H2O + энергия света = С6Н12О6 + 6О2 (рис. 6): с помощью энергии света из углекислого газа и воды синтезируется 6-углеродное органическое вещество – глюкоза (моносахарид), и в качестве «лишнего» продукта образуется кислород, который уходит в атмосферу. На самом деле реакция более сложная, она состоит из двух стадий: световой и темновой. Сначала на свету с помощью особого Mg-содержащего белка хлорофилла вода расщепляется на кислород и водород, а энергия водорода передается на синтез АТФ. Только потом, в темновой стадии, водород соединяется с углекислым газом и образуется глюкоза. При этом часть АТФ расщепляется, отдавая энергию глюкозе.
Глюкоза вместе с минеральными веществами, поступающими в растение из почвы (азот, сера, фосфор, железо, магний, кальций, калий, натрий и др.), становится основой для более сложных синтезов – образуются полисахариды, липиды, белки, нуклеиновые кислоты, из которых строятся рабочие структуры клеток. Но и эти синтезы, как и синтез глюкозы, требуют энергетических затрат. Прямое использование света здесь невозможно (эволюция не создала таких энергетических переходов), поэтому некоторая часть глюкозы тратится как энергетический субстрат, то есть глюкоза становится вторичным источником энергии. Глюкоза расщепляется и отдает энергию – сначала на синтез АТФ, а после расщепления АТФ – на биосинтезы макромолекул (рис. 6). Значительная часть АТФ, как уже сказано выше, расходуется на другую работу – транспорт веществ, движение клетки и др.
Наиболее эффективно глюкоза расщепляется с участием кислорода: C6H12O6 + 6O2 = 6CO2 + 6H2O + энергия. По химической сути это – полное окисление (горение!) глюкозы. В живой клетке это «горение» происходит замедленно, поэтапно, так что энергия выделяется малыми порциями, и большая ее часть (около 55 %) используется на синтез АТФ, остальная рассеивается в виде тепла. Полное окисление одной молекулы глюкозы обеспечивает синтез 38 молекул АТФ. Поскольку кислород для окисления мы вдыхаем с атмосферным воздухом, то и на химическом уровне окисление глюкозы кислородом называют дыханием.
На рис. 6 следует обратить внимание на единство процессов энергетического и пластического (строительного) метаболизма клетки. Энергия поглощается из внешней среды, преобразуется в АТФ прежде всего для осуществления строительных процессов, для построения живой материи. Или обратно: построение живой материи, то есть синтез макромолекул из простых неорганических веществ, возможен только с поглощением внешней энергии. Точки пересечения стрелок энергетического и пластического обмена означают места сопряжения энергетического и пластического метаболизма. В живой клетке таких мест очень много. Сопряжение светового потока и синтеза глюкозы (реакция фотосинтеза) происходит в хлоропластах – специальных органоидах растительных клеток, сопряжение дыхания (окисления глюкозы) и синтеза АТФ – в митохондриях, сопряжение распада АТФ и синтеза клеточных белков – в рибосомах и т. д.
С точки зрения обсуждаемой проблемы – материальной сущности жизни – все рассмотренные процессы обмена веществ и энергии в клетке представляют простые физико-химические реакции. Мы не углублялись в механизмы преобразования энергии в хлоропластах и митохондриях, но если бы сделали это, то убедились бы в их изначально физической сущности. Основные события здесь связаны с распадом атомов водорода на элементарные заряженные частицы – протоны (Н+) и электроны (е-) и их индуцированным переносом по разные стороны мембраны внутри хлоропластов и митохондрий. В этих органоидах, как в электрических батарейках, создается разность электрических потенциалов порядка 0,2 вольта, которая при необходимости реализуется в электрический (протонный) ток, а этот ток, в свою очередь, вращает и активирует ферменты синтеза АТФ. Аналогичные физико-химические преобразования мы увидим и в других клеточных структурах.
БЕЛКИ – СТРУКТУРНО-ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ ОСНОВА ЖИЗНИ
Белки представляют полимерные молекулы длиной в 50-100-500 и более мономеров – аминокислот. Имеется 20 разновидностей аминокислот, различных по химическим свойствам их свободных концов – радикалов.
Важнейшее свойство белковой молекулы, объясняющее механизм ее функционирования, это – способность обратимо изменять свою третичную структуру (трехмерную форму) в ответ на какое-либо раздражение. Раздражителем чаще всего выступает энергетический разряд от расщепления молекулы АТФ. Такая обратимая денатурация, или конформационная перестройка, и есть совершаемая молекулой работа. Конформационная перестройка молекулы подобна циклу сжатия и расслабления пружины: при внешнем давлении пружина сжимается и приобретает внутренний запас энергии, а на обратном ходу совершает работу. В зависимости от структуры белковой молекулы и ее местонахождения совершаемая работа, то есть функция, будет различна. Ниже будет показана роль белков в реализации основных жизненных функции: опорно-двигательной, транспортной, каталитической, защитной, сигнальной.
Обычно называют еще энергетическую функцию белков. Действительно, белки в своей химической структуре несут большой запас энергии. Они могут распадаться на отдельные аминокислоты, которые, в свою очередь, подобно глюкозе окисляются в митохондриях до углекислого газа и воды и отдают энергию на синтез АТФ. Однако этот путь в энергетическом обмене используется как резервный, в тех случаях, когда исчерпаны запасы углеводов и жиров – основных энергоемких субстратов. Использование белков в энергообмене расточительно для клетки, так как аминокислоты представляют дефицитный продукт, многие из них вообще не могут синтезироваться у животных, а получаются от растительных продуктов (незаменимые аминокислоты). Белки имеют уникальную структуру, которой дано более высокое предназначение. В этом смысле расщеплять белки для извлечения энергии – все равно, что топить печь ассигнациями. Кроме того, аминокислоты предварительно необходимо освободить от азота (дезаминировать), чтобы уровнять их с продуктами полураспада глюкозы, а это и дополнительная работа и потеря важнейшего элемента из организма (азот в составе простых соединений выводится с мочой). Таким образом, белки в энергетическом обмене используются в крайних случаях – при голодании, болезни, возрастных метаморфозах. Основные же функции белков, перечисленные выше и рассматриваемые ниже, значительно более важны и изящны, поскольку в их реализации используется уникальность структуры белка, его неповторимые индивидуальные формы и активные центры.
ОПОРА И ДВИЖЕНИЕ
Опорно-двигательная функция – одна из важных в обеспечении жизнедеятельности клеток и всего организма. Движутся органоиды внутри клетки, сами клетки в воде или по твердой поверхности, организмы в их среде обитания. Движение невозможно без опоры, поэтому и в клетке и в организме формируются комплексные опорно-двигательные структуры. Например, у человека мышцы связаны со скелетом, и только в такой комбинации работа мышц становится эффективной.
У позвоночных животных и человека опорные соединительные ткани имеют в межклеточной основе специальный волокнистый белок коллаген (при вываривании костей, сухожилий или связок он набухает и дает клей, отсюда и название белка – клей дающий). В костях межклеточная коллагеновая основа для большей твердости минерализована солями кальция. Имеются опорные белковые микронити и микротрубочки и в самих клетках, они придают клеткам определенную форму, поддерживают отростки (например, в нервных волокнах).
В клетках мышечной ткани имеются специальные сократительные нити – миофибриллы, которые обеспечивают сокращение клеток и всей мышцы. Каждая миофибрилла сложена из молекул белков двух основных видов – актина и миозина (рис. 7). Актин образует прочные микронити, по которым буквально шагают ножки миозина. Каждый шаг – это изменение третичной структуры молекулы миозина, его обратимая денатурация под действием энергии АТФ. Когда одна ножка, зацепившись за микронить, изгибается, другая ножка распрямляется и цепляется за новое место на микронити. Потом они меняются ролями – первая ножка отцепляется от микронити и распрямляется, а вторая изгибается и подтягивает нить. Каждый шаг требует энергии АТФ. Таким образом, при наличии АТФ ножки быстро бегут вдоль микронити, а точнее – тянут нить к себе, так как обращенные в разные стороны пучки миозина скреплены хвостиками, и ножки разных пучков тянут свои микронити в противоположных направлениях (см. рис. 7).
Рис. 7
Главное, что следует вынести из описания мышечной функции, это понимание простой физико-химической сущности движения, которая сводится к изменению объемной формы молекулы белка миозина. Эта форма, или третичная структура, в свою очередь зависит от силы химических связей внутри молекулы. При энергетическом разряде от распада молекулы АТФ сила связей резко, но кратковременно изменяется – молекула «вздрагивает» (сгибается и тут же разгибается), совершая работу. Суть реакции миозина настолько проста, что воспроизводится in vitro («в стекле», в пробирке, то есть в искусственных условиях) на чистых белках, выделенных из клеток, или даже на мертвых клетках при добавлении АТФ. Добавим, что аналогичный механизм движения, но с другими белками, известен для ресничек и жгутиков, которыми снабжены многие одноклеточные организмы (например, инфузория), сперматозоиды, некоторые покровные (эпителиальные) ткани. Итак, движение – важное проявление жизни – имеет вполне материальную сущность.
ТРАНСПОРТ ВЕЩЕСТВ
Перенос веществ между организмом и средой – необходимый этап в процессах обмена веществ. Это – поглощение пищевых материалов и вынос отходов, поглощение кислорода и удаление углекислого газа, перенос неорганических ионов, воды и других веществ. Способы и механизмы поглощения и выделения веществ различаются у организмов разного уровня сложности – у одноклеточных и многоклеточных, животных и растений. На высших уровнях организации – у многоклеточных животных – в эти процессы включаются мышечные и ресничные механизмы: преследование и захват добычи, глотание и перистальтика по кишечнику у позвоночных, нагнетание водных потоков и фильтрация планктона у сидячих беспозвоночных – например, у двустворчатых моллюсков мидии, гребешка. У высших растений для транспорта воды и солей от корней к стеблю и листьям большое значение имеет осмотическая диффузия – движение растворов по градиенту концентрации, то есть из среды с высокой концентрацией вещества в среду с низкой концентрацией. Этот транспорт имеет простую физико-химическую основу и не требует энергетических затрат. Движение синтезированных веществ (сахаров) в обратную сторону, напротив, требует энергии.
Переносу малых молекул часто способствует их связывание с более крупными молекулами-переносчиками. Типичный пример – перенос кислорода из атмосферного воздуха, вдыхаемого через легкие, в кровь и далее во все клетки организма (для окисления пищевых субстратов и извлечения энергии). В этом случае кислород из полости легких под осмотическим давлением поступает в кровеносные капилляры, далее в специальные клетки – эритроциты (красные кровяные тельца), где химически связывается с особым белком гемоглобином. Принцип связывания кислорода с гемоглобином очень прост. В составе этого белка имеются атомы железа, которые и окисляются кислородом – железо временно превращается в окисел (как обычное железо на воздухе превращается в ржавчину). Однако связь железа с кислородом непрочная, так что по мере углубления эритроцитов в ткани организма, где собственная концентрация кислорода ниже, гемоглобин отдает связанный с ним кислород, который теперь диффундирует в клетки, а далее в митохондрии. Решающее значение в транспорте кислорода имеет конфигурация (третичная структура) молекулы гемоглобина, от которой зависит окислительно-восстановительная способность связанного железа. При заболевании, которое называется серповидно-клеточной анемией (эритроциты имеют нетипичную форму серпа), замена всего одной аминокислоты в составе гемоглобина так изменяет его форму, что делает железо не эффективным в отношении кислорода. Дыхание нарушается.
Критическим моментом в транспорте веществ между организмом и средой – будь то одно- или многоклеточный, животный или растительный организм – является преодоление клеточных оболочек. Оболочка клетки включает липидно-белковую мембрану (плазмалемму) и углеводную стенку.
Клеточная стенка, даже очень толстая, как у растительных клеток, не представляет серьезного препятствия для воды и растворенных в ней веществ, но плазмалемма имеет настоящие барьерные свойства, так как ее основу составляют два слоя липидов (жиров), практически не проницаемых для водных растворов. Через билипидный слой легко проникают лишь газы (мелкие электрически нейтральные молекулы) и жирорастворимые вещества (спирты, ацетон и др.). Но клетке нужны прежде всего питательные органические и минеральные вещества. Для переноса заряженных частиц – ионов, а также небольших органических молекул – аминокислот, сахаров и т.п. в липидной мембране вставлены многочисленные белковые поры. Мембрана представляет как бы белковую мозаику по липидному фону. Белки мембранных пор, как и большинство других белков, взаимодействуют с водой, так что пора представляет фактически водный канал. Однако благодаря белковой компоненте каждый такой канал имеет избирательную проницаемость – для ионов K+, Na+, Ca2+, Cl- и др. Вместе с ионами в клетку проникают и связанные с ними органические молекулы – сахара и аминокислоты, так осуществляется питание клеток. Рассмотренный случай представляет пассивный транспорт веществ, он не требует затрат энергии. Совершенно особый тип каналов представляют ионные насосы, способные перекачивать ионы против градиента их концентрации. Как следует из самого термина, насосы могут работать только с затратой энергии, и такой способ перемещения веществ называют активным транспортом. Белковая пора насоса способна расщеплять молекулу АТФ и за счет извлеченной энергии проталкивать ионы против их диффузионной силы. Созданный таким образом наружный избыток ионов возвращается обратно пассивным путем, но несет с собой нужные органические вещества. Так сочетание активного и пассивного транспорта обеспечивает питание клеток. Избыток ионов натрия снаружи клетки используется также для возбуждения электрического тока и проведения нервного возбуждения.
Даже поверхностное рассмотрение механизмов мембранного транспорта веществ показывает, что, как и в случае мышечного сокращения, работа по активному транспорту сводится к обратимой конформационной перестройке молекул белковых пор с преобразованием энергии АТФ. Направленный в обратную сторону пассивный транспорт ионов и питательных веществ представляет простую диффузию, но является следствием предшествующего активного транспорта. Все эти процессы подчиняются в основе известным физико-химическим закономерностям.
ФЕРМЕНТАТИВНЫЙ КАТАЛИЗ (БИОКАТАЛИЗ)
Катализ – это возбуждение или изменение скорости химических реакций с помощью внешних добавок – катализаторов. Катализ используется в химической промышленности при получении аммиака, серной и азотной кислот, моторного топлива, разнообразных полимеров. Широко распространен катализ и в живых организмах. С участием катализаторов реализуется генетическая информация и осуществляются все процессы обмена веществ и энергии. Катализ происходит в клетках, в межклеточных жидкостях и полостях, в пищеварительном тракте.
В роли катализаторов биохимических реакций выступают специальные белки, называемые ферментами. При сравнительно низких концентрациях реагирующих веществ и при нормальных температурах (не выше 40 градусов) клеточные реакции ускоряются с помощью ферментов в миллионы и миллиарды раз! Различают анаболитические, направленные на синтез, и катаболитические, направленные на распад, ферментативные реакции. Несколько разных ферментов могут образовывать цепочки (метаболические пути), по которым совершаются цепные реакции: вещество (субстрат) передается от фермента к ферменту и подвергается поэтапной перестройке – усложнению или, наоборот, деградации. Чаше всего такие полиферментные комплексы выстраиваются на мембранах клетки или ее органоидов.
Как действуют ферменты? Ферменты очень специфичны по типу катализируемой реакции. Известно несколько тысяч ферментов разного действия, и каждый из них имеет специфическую, отличную от других пространственную структуру. Молекула фермента представляет свернутую полипептидную нить, в определенном месте которой включен небелковый компонент – кофермент (часто это бывают витамины, ионы металлов). Именно этот специфичный участок отвечает за функцию фермента, он называется активным центром. Благодаря молекулярной специфичности своих активных центров ферменты узнают и захватывают нужные вещества-субстраты, сближают их для соединения (синтеза) или, напротив, разделяют в реакциях распада (лизиса). При этом сам фермент не разрушается, а лишь изменяет свою третичную белковую структуру – происходит кратковременная и обратимая денатурация молекулы, ее конформационная перестройка (рис. 8).
Рис. 8
Хотя ферменты и понижают многократно энергию активации соответствующих реакций, для их осуществления все же требуется определенная энергия. Энергия может генерироваться окислительно-восстановительными кофакторами – такими, как НАД, ФАД или гем. Ферменты класса синтетаз (лигазы) способны расщеплять молекулу АТФ до АДФ и фосфата и используют выделенную энергию на свою конформационную перестройку (рис. 5). После произведенной работы по синтезу сложного вещества большая часть энергии не исчезает и не уходит в виде тепла – она лишь переходит в новые химические связи синтезируемого вещества. Впоследствии – в случае расщепления этого вещества – энергия может быть снова извлечена для производства другой работы.
Даже не вдаваясь в детали ферментативного катализа, видно, что эта важнейшая биологическая функция реализуется как сумма простых физико-химических реакций. Важнейшие из них – стереохимическое молекулярное узнавание субстрата ферментом и конформационная перестройка молекулы белка-фермента, суть которой, как и в реакциях мышечного сокращения или активного транспорта, состоит в обратимом изменении силы химических связей внутри молекулы. Изучение зависимости скорости ферментативной реакции от концентрации фермента и субстрата показало, что в простейших случаях она описывается уравнением Михаэлиса-Ментен. Из этого следует, что в основе ферментативных реакций лежат те же законы и принципы, на которых основаны обычные химические реакции. Однако единая теория ферментативного катализа до сих пор не разработана, так как механизмы протекания ферментативных реакций очень сложны, многофакторны и разнообразны, зависят от большого числа переменных величин, от взаиморасположения ферментов на мембранах и в ряде случае пока не поддаются математическому описанию. В этом и проявляется эмерджентная специфика биологических реакций как специфика нового уровня сложности.
ЗАЩИТНЫЕ РЕАКЦИИ. ИММУНИТЕТ
Живые системы – организмы, клетки, клеточные органоиды – должны сохранять биологическую (биохимическую) индивидуальность. Присоединение к ним чужеродных молекул, контакт с вирусами, бактериями, другими паразитами приводит к искажению соответствующих структур и их функций, например, ферментов или клеточных мембран, не говоря уже о прямом токсическом вреде в случае попадания паразитов в организм, в его клетки. Совокупность чужеродных агентов, противоположных своей генетической сущностью данному организму (чужие или искаженные молекулы, вирусы, бактерии, клетки) называют антигенами. В виду чрезвычайной важности поддержания биологической индивидуальности, в эволюции организмов возникает и постепенно совершенствуется система реагирования и защиты от антигенов – иммунитет. Частное проявление иммунитета – невосприимчивость к инфекционным заболеваниям. Изучением защитных реакций организма, направленных на сохранение его структурной и функциональной целостности и биологической индивидуальности, занимается наука иммунология.
Иммунные отношения организма с его антигенами и соответствующие защитные механизмы очень сложны, но хотя бы общее представление о них должен иметь каждый культурный человек. Уже у растений имеются такие защитные факторы, как неспецифические фитонциды – летучие вещества, убивающие бактерий (их много, например, в чесноке и луке), восковый налет на покровных тканях, замуровывание фитопатогенов в клеточных стенках, накопление токсических продуктов в погибших клетках и другие. У животных обособляются специальные клетки – фагоциты, способные пожирать «пришельцев», и другие более специализированные клетки. Причем уровень сложности иммунной системы возрастает в эволюции от простых – беспозвоночных к более организованным позвоночным животным, и наиболее развиты защитные механизмы у млекопитающих, в том числе у человека.
Наш организм прежде всего проявляет различные формы врожденного неспецифического иммунитета – эволюционно древние, присущие низшим животным. Это – кожные и слизистые барьеры, бактерицидное действие ряда кислот в выделениях потовых и сальных желез, стенок желудка и кишечника, разрушение бактериальных стенок особым ферментом лизоцимом, присутствующим в слезной жидкости, и другие. Проникшие в организм бактерии устраняются фагоцитами и специальными антибактериальными белками, против вирусов действует особый белок интерферон. Кроме того, у высших животных и человека развивается сложная иммунная система, включающая красный костный мозг, вилочковую железу – тимус, селезенку, лимфоузлы, лимфоидную ткань пищеварительных и дыхательных путей (например, в миндалинах – гландах, в аппендиксе). Иммунная система формирует и поддерживает так называемый приобретенный специфический иммунитет. Центральное место среди клеток иммунной системы занимают лимфоциты. При контакте с чужеродными антигенами, в зависимости от их природы и структуры, иммунная система дает различные формы иммунного ответа: образование В-лимфоцитами и выделение в кровь специфических белков – антител (гуморальный иммунитет); размножение Т-лимфоцитов, избирательно реагирующих на чужеродные или собственные мутантные клетки (клеточный иммунитет); появление долгоживущих Т- и В-лимфоцитов «иммунологической памяти», которые при повторной встрече с антигенами способны к быстрому и усиленному ответу; формирование иммунологической толерантности (дословно – терпимости), которая выражается в избирательном отсутствии ответа на данный антиген при повторной встрече; возникновение аллергии – повышенной чувствительности к специфическому антигену. Между прочим, иммунологический конфликт возникает у организма не только с вирусами, бактериями и чужеродными клетками, но также с паразитическими червями (глистами, или гельминтами), пересаженными органами, злокачественными опухолями и даже у беременной матери с ее собственным плодом.
Остается добавить, что препараты специфических антител (так называемые иммунные сыворотки), получаемые от искусственно иммунизированных животных, широко используются для диагностики, предупреждения и лечения инфекционных заболеваний и в некоторых других случаях в медицине и экспериментальной биологии. Например, при укусах ядовитых змей применяют специфическую к данному яду антитоксическую (противоядную) сыворотку. При заражении вирусом клещевого энцефалита собственный иммунитет организма усиливают инъекциями гамма-глобулина. При подозрении на раковую опухоль точный диагноз может дать реакция крови больного на раковые антигены; даже раннюю беременность сегодня легко идентифицируют по обнаружению в крови или моче женщины специфических антигенов зародыша.
Наиболее сложная задача современной иммунологии – найти способы защиты от вируса иммунодефицита человека (ВИЧ), вызывающего страшное заболевание – синдром приобретенного иммунодефицита, или СПИД. Этот вирус избирательно поражает лимфоидные клетки – те самые лимфоциты, которые и должны обеспечивать иммунитет, но, будучи пораженными, не справляются со своими обязанностями. Больной СПИДом начинает серьезно страдать от обычных инфекций, которые здоровый человек переносит как несложную простуду. Чаще всего роковым событием становится появление мутантных злокачественных клеток, которые в отсутствие иммунного надзора разрастаются в раковую опухоль. ВИЧ передается с кровью или половым путем. Эффективные средства лечения пока не разработаны. Единственным способом защиты остается профилактика от контактов с чужой кровью (для этого и применяют одноразовые шприцы), а также здоровые и осмотрительные отношения в половой жизни.