Научная электронная библиотека
Монографии, изданные в издательстве Российской Академии Естествознания
Глава IX. РОЛЬ ВОДЫ И ЛИПИДОВ В ОРГАНИЗАЦИИ ЖИВОЙ МАТЕРИИ
При гипобиозе у организмов потребность в воде минимизируется, а при анабиозе практически прекращается. В процессах гипобиометаболизма в условиях холода потеря активности воды или физиологическая ангидрия имеет важнейшее значение, а иссушение (ангидрия) приводит к анабиозу. Таким образом, в явлениях гипобиоза и анабиоза вода выступает в новом качестве. Установление новой роли воды в явлениях гипобиоза и анабиоза позволяет несколько иначе подойти к проблеме происхождения и существования живых организмов на Земле.
За последние годы интерес к проблеме происхождения жизни на Земле и возможности ее существования в других областях Вселенной значительно возрос. Это связано, во-первых, значительными успехами в лабораторном моделировании некоторых этапов эволюции материи, приведшей к зарождению жизни, и, во-вторых, стремительным развитием космических исследований, делающих все более реальным непосредственный поиск каких-либо форм жизни на планетах Солнечной системы, а в будущем и за ее пределами. Существует множество гипотез и даже теорий о возникновении жизни, объясняющих различные стороны этого явления, однако, они далеко не достоверны [116, 196, 287]. Сторонники креационизма (от лат. creaсio – создание) считают, что жизнь была создана сверхъестественным существом (Творцом). Никаких научных подтверждений этой точки зрения нет: в религии истина постигается через божественное откровение и веру. Однако в настоящее время некоторые рассматривают его и как результат деятельности высокоразвитой цивилизации, создающей различные формы жизни и наблюдающей за их развитием.
Наиболее распространенными теориями возникновения жизни на Земле являются следующие [62, 115, 209, 255].
1. Жизнь существовала всегда (теория стационарного состояния). Согласно этой теории, Земля никогда не возникала, а существовала вечно, хотя по современным оценкам, основанным на учете скоростей радиоактивного распада, возраст Земли исчисляется 4,6 млрд. лет. Согласно этой версии, она всегда была способна поддерживать жизнь, а виды живых организмов также никогда не возникали, они существовали всегда. Гипотезу стационарного состояния иногда называют гипотезой этернизма (от лат. еternus – вечный). Гипотеза этернизма была выдвинута немецким учёным В. Прейером в 1880 г. Интересно, что идею В. Прейера поддерживал академик В.И. Вернадский. Он считал, что начала жизни в том Космосе, который мы наблюдаем, не было, поскольку не было начала этого Космоса, и Жизнь вечна, поскольку вечный Космос.
2. Жизнь возникала неоднократно из неживого вещества (теория самопроизвольного зарождения). Эта теория имеет древние корни. Она была распространена в Древнем Китае, Вавилоне и Египте. Выдающийся мыслитель древности Аристотель полагал, что живое может возникать не только путем спаривания животных, но и разложением почвы, растения из семян, а другие как бы самозарождаются из разлагающейся земли или определенных частей растений. Теория самозарождения была господствующей до половины XIX века, пока не была убедительно опровергнута работами Л. Пастера.
3. Жизнь занесена на нашу планету извне (панспермия).
Исключительная сложность строения даже наиболее простых организмов привело некоторых ученых к убеждению об абсолютной невозможности перехода неживого в живое и созданию теории панспермии (греч. panspermia – смесь всяких семян, от pan – весь, всякий и sperma – семя). Одним из первых идею космических зачатков высказал в 1865 году немецкий врач Г.Э. Рихтер, утверждавший, что жизнь вечна и зачатки ее могут переноситься с одной планеты на другую. Эта теория приобрела в научном мире много сторонников, между которыми были даже такие выдающиеся умы, как Г. Гельмгольц, С. Аррениус, Дж. Томсон, П.П. Лазарев и др. Они попытались научно обосновать возможность переноса зародышей с одного небесного тела на другое, при котором сохранялась бы жизнеспособность этих зародышей. Есть основания предполагать, что, по крайней мере, некоторые из зародышей, попавшие в атмосферу той или иной планеты, доберутся до ее поверхности жизнеспособными. В 1975 году в лунном грунте и метеоритах были найдены предшественники аминокислот. Сторонники панспермии считают их «семенами, посеянными на Земле». В 1992 году появились работы американских ученых, где они на основании исследования материала, подобранного в Антарктиде, описывают наличие в метеоритах остатков живых существ, напоминающих бактерии.
Теория панспермии очень живуча и интерес к ней не угасает до сего времени.
3 а. Гипобиология, наука, устанавливающая общий механизм (физическая и физиологическая ангидрия) возникновения у организмов состояние гипобиоза и анабиоза [320], не отрицая Земное происхождение жизни, допускает возможность занесения на Землю некоторых простейших форм жизни. К таким формам жизни можно отнести, в частности, прокариот, и даже простейших эукариот, например, типа тихоходок и др.
Как известно, обезвоживание организма, приводящее к гипобиозу и анабиозу, повышает устойчивость организма к повреждающим факторам окружающей среды.
Физиологическая ангидрия почти равнозначна физическому обезвоживанию, так как значительное количество воды, соджержащаяся в организме во время гипобиоза для него практически становится недоступной. Однако система гипобиометаболизма имеет сродство к льдоподобной воде и потому, функциональная связь с жидкокристаллическим водным окружением полностью не теряется.
При анабиозе происходит физическая ангидрия и, если живой организм, содержащий значительное количество воды, заморожен полностью, то происходит полное отчуждение воды от функциональной системы организма. При этом, структурная вода, очевидно, сохраняется. При анабиозе, организм переходит в состояние жизнеспособного «безводного» зародыша, который устойчив к несовестимым с жизнью разрушительным факторам, как космический холод, жесткая радиация, колоссальное давление, полное отсутствие воды и воздуха и т. д. Это обстоятельство предполагает возможность длительного сохранения жизнеспособного зародыша в условиях открытого космического пространства. Жизнеспособный зародыш при взаимодействии с водой вновь может вернуться к активной жизнедеятельности.
Прокариотические организмы (рис. 9.1) – бактерии обладают способностью к спорообразованию, которая заключается в том, что при наступлении условий, неблагоприятных для жизни, клетка частично теряет воду, объём и форму; под внешней мембраной образуется плотная сферическая оболочка.
В виде споры бактерия может выдерживать огромные механические, температурные и химические нагрузки. Например, некоторые споры выдерживают трёхчасовое кипячение и температуру жидкого азота. Однако, споры неустойчивы к ультрафиолету, как и вообще бактерии, и быстро погибают под таким излучением.
Своей поразительной выносливостью к экстремальным абиотическим факторам отличается тихоходка (лат. Tardigrada). Тихоходка относится к типу микроскопических беспозвоночных, близких к членистоногим. Тело у тихоходок имеет размер 0,1–1,5 мм, полупрозрачное, из четырех сегментов и головы. Снабжено 4 парами коротких и толстых ног. Передвигаются тихоходки действительно очень медленно – со скоростью всего 2–3 мм в минуту. Тихоходки имеют пищеварительную, выделительную, нервную и половую системы; однако у них отсутствуют дыхательная и кровеносная системы – дыхание кожное, а роль крови выполняет заполняющая полость тела жидкость [294].
В настоящее время известно более 900 видов тихоходок (в России – 120 видов). Из-за микроскопических размеров и способности переносить неблагоприятные условия, распространены они повсеместно, от Гималаев (до 6000 м) до морских глубин (ниже 4000 м). Питаются тихоходки жидкостями растений и водорослей, на которых обитают. Некоторые виды поедают мелких животных – коловраток, нематод, других тихоходок.
При наступлении неблагоприятных условий они способны на годы впадать в состояние анабиоза, а при наступлении благоприятных условий довольно быстро оживать. Выживают тихоходки в основном за счёт так называемого ангидробиоза, высушивания. При высыхании они втягивают в тело конечности, уменьшаются в объеме и принимают форму бочонка. Поверхность покрывается восковой оболочкой, препятствующей испарению. При анабиозе их метаболизм падает до 0,01 %, а содержание воды способно доходить до 1 % от первоначального.
В состоянии анабиоза тихоходки выносят невероятные нагрузки. Выдерживают пребывания в течение 20 месяцев в жидком воздухе при –193°C, восьмичасовое охлаждение жидким гелием до –271 °С; нагрев до 60–65 °С в течение 10 ч и до 100 °С в течение часа. Ионизирующее излучение в 570 000 рентген убивает примерно 50 % облучаемых тихоходок. Для человека смертельная доза радиации составляет всего 500 рентген. Оживали после получасового пребывания в вакууме. Довольно долго могут находиться в атмосфере сероводорода, углекислого газа.
При эксперименте японских биофизиков «спящих» тихоходок помещали в герметичный пластиковый контейнер и погружали его в заполненную водой камеру высокого давления, постепенно доведя его до 600 МПа (около 6000 атмосфер), что почти в 6 раз выше уровня давления в самой низкой точке Марианской впадины. При этом неважно, какой жидкостью был заполнен контейнер: водой или нетоксичным слабым растворителем перфторуглеродом С8F18, – результаты по выживаемости совпадали.
Эксперименты на орбите показали, что тихоходки способны выживать в открытом космосе. Группа биологов, ведущим из которых был Ингемар Джонссон (Ingemar Jonsson) из Университета Кристианстада, отправила на орбиту Земли два вида тихоходок – Richtersius coronifer и Milnesium tardigradum. Членистоногие провели на борту российского беспилотного аппарата «Фотон-М3» 10 дней. Всего в космосе побывало 120 тихоходок, по 60 особей каждого вида. Во время полета одна группа членистоногих, включающая оба вида, находилась в вакууме. На второй камере, где находилась еще одна группа была открыта заслонка, отделяющая камеру с тихоходками от открытого космоса, однако была защищена от солнечной радиации специальным экраном. Еще две группы тихоходок провели 10 дней в вакууме и подвергались воздействию ультрафиолета А (длина волны 400–315 нанометров) или ультрафиолета В (длина волны 315–280 нанометров). Последняя группа членистоногих испытала на себе все «особенности» космического пространства.
Все тихоходки находились в состоянии анабиоза. После 10 дней, проведенных в открытом космосе, практически все организмы были иссушены, но на борту космического аппарата тихоходки вернулись к нормальному состоянию. Большинство животных, подвергшихся облучению ультрафиолетом с длиной волны 280–400 нм, выжили и оказались способны к воспроизводству. Особи R. coronifer не смогли пережить полный спектр воздействий (низкая температура, вакуум, ультрафиолет А и В), лишь 12 % животных этой группы выжили, все они принадлежали к виду Milnesium tardigradum. Тем не менее, выжившие смогли дать нормальное потомство, хотя их плодовитость оказалась ниже, чем у контрольной группы, находившейся на Земле [295].
Рис. 9.1. Комбинированная схема строения прокариотической клетки: 1 – плазмолемма; 2 – клеточная стенка; 3 – ДНК нуклиоида; 4 – полирибосомы цитоплазмы; 5 – ламеллярная струтура; 6 – пластинчатые тилакоиды; 7 – скопления хроматофоров; 8 – мезосома; 9 – впячивания плазмолеммы; 10 – вакуоля; 11 – вакуоли с включениями
Из приведенных выше примеров следует, что вероятность занесения простейших форм жизни из-за пределов нашей планеты вполне возможна. Кроме того, на Землю могли поступать фрагменты космических живых организмов – обезвоженные или вмерзшие во льду органические вещества, в том числе, высокомолекулярные соединения, даже целые молекулы РНК и ДНК или их осколки, которые могли ускорить процесс зарождения жизни. Как известно, коацерватная теория Опарина о происхождения жизни на Земле была обоснована, кроме одной проблемы, проблемы точного воспроизведения внутри коацервата и в поколениях единичных, случайно появившихся эффективных белковых структур. Проблема эта решается, если один из миллиардов коацерватов случайно проглотила молекулу или фрагменты молекулы ДНК, то передача информации о структуре белка новым поколениям коацерватов будет обеспечена. Образование клеток из коацерватов с генефором (молекулой ДНК) уже не такая уж сложная задача для эволюционного процесса.
Природа временем не ограничена и, с другой стороны, если за это астрономическое время из многих миллиардов жизнеспособных зародышей хотя бы один добрался благополучно до поверхности Земли и нашел здесь подходящие для своего развития условия, то этого было бы уже достаточно для образования всего органического мира. Поскольку, попадание на Землю высокоорганизованных форм жизни почти маловероятно и из этого вытекает, что при любом раскладе событий земная высокоорганизованная белково-нуклеиново-липидно-водная жизнь, является продуктом ее эволюции на нашей Земле.
Эволюция могла идти двумя путями, во-первых, если жизнь зародилась на Земле, то она шла по схеме: коацерваты – клетка – одноклеточные – колониальные – многоклеточные – прокариоты – эукариоты и многообразие видов живых организмов, которые ныне существуют на Земле. Второй вариант эволюции предполагает, что жизнь была занесена на Землю в виде жизнеспособного прокариотического зародыша, поэтому она шла по ускоренной схеме: одноклеточные прокариоты – колониальные – многоклеточные прокариоты – эукариоты и нынешнее многообразие видов.
Вполне доустимо, что прокариоты могли и не эволюционировать. В этом свете, вполне серъезно можно рассматривать прокариотические организмы, которые являются наиболее устойчивыми формами жизни, как пришельцев, занесенных на Землю из иных внеземных объектов. При этом следует отметить наличие кардинальных различий в организации клеток прокариот и эукариот, отсутствие переходных форм между ними.
Жизнь могла развиваться и параллельно – занесенная и земная, обогащая друг друга не только генетическим материалом. Здесь имеется в виду возможность симбиотического происхождения митохондрий и пластид (прокариоты) у эукариотов. Многочисленные факты подтверждают симбиотическую теорию происхождения некоторых органоидов клетки. При этом считается, что хлоропласты происходят от бактерий близких к цианобактериям и являются монофилетичными. Митохондрии являются полифилетичными и происходят от каких-то древних аэробных бактерий. Считается, что митохондрии низших растений, высших растений и животных возникали независимо, в результате новых событий симбиоза [240].
Рис. 9.2. Комбинированная схема строения эукариотической клетки: А – животная клетка; Б – растительная клетка
Мембранные органоиды 2 – Плазмолемма. Двумембранные органоиды: 1 – ядро, 12 – митохондрии, 15 – пластиды (хлоропласты, лейкопласты и хромопласты). Одномембранные органоиды: 8 – гладкий и 5 – гранулярный эндоплазматческий ретикулумы, 6 – Аппарат Гольджи, 9 – лизосомы, 14 – вакуоль, 13 – микросомы (пероксисома, глиоксисома и сферосома).
Воссоздание хода эволюции – занятие умозрительное, но оно может дать пищу для размышлений другим исследователям, работающим над этой проблемой, что само по себе уже немаловажно.
4. Жизнь возникла в результате процессов, подчиняющихся химическим и физическим законам (биохимическая эволюция). Теория Опарина – Холдейна. Согласно этой теории, жизнь возникла в специфических условиях древней Земли, и рассматривается Опариным как закономерный результат химической эволюции соединений углерода во Вселенной [28, 212, 213].
По Опарину, процесс, приведший к возникновению жизни на Земле, может быть разделен на три этапа:
1. Возникновение органических веществ.
2. Образование из более простых органических веществ биополимеров (белков, нуклеиновых кислот, полисахаридов, липидов и др.).
3. Возникновение примитивных самовоспроизводящихся организмов.
Теория биохимической эволюции имеет наибольшее количество сторонников среди современных учёных [28, 40].
Известно, что все живые организмы состоят из клеток. В современном виде основное положение клеточной теории можно сформулировать так: «Клетка – основная структурно-функциональная и генетическая единица всех живых организмов и наименьшая единица живого» [210]. Обмен веществ, наследственность и изменчивость, рост и развитие, самовоспроизведение – вот эти главные признаки жизни реализуются только на клеточном уровне.
Клетка является открытой системой, при этом ее основной молекулярный состав остается более или менее постоянным. В клетке содержатся минеральные и органические вещества. Основную массу клетки составляет вода – 70–80 %, а минеральных солей всего – 1–1,5 %. Органические вещества представлены белками – 10–15 %; липидами – 1–5 %; углеводами – 0,2–2 % и нуклеиновыми кислотами – 1–2 % [342]. Все упомянутые минеральные и органические вещества имеют важное значение в жизни клетки. Однако в данный момент, из числа всех перечисленных веществ, наше внимание привлекает особая роль воды и липидов в организации живой материи, на которую, к сожалению, специалисты мало уделяют внимание.
Земная форма жизни чрезвычайно тесно связана с гидросферой. Согласно теории биохимической эволюции Опарина – Холдейна, жизнь зародилась в воде первичного океана, которая содержала большое количество белковоподобных веществ – пептидов, а также нуклеиновых кислот и других органических соединений. Они образовали высокомолекулярные комплексы – коацерваты или коацерватные капли, которые обладали способностью поглощать различные вещества, растворенные в водах первичного океана. Появление мембраны, отделяющей содержимое коацервата от окружающей среды и, обладающей способностью к избирательной проницаемости, предопределило направление дальнейшей химической эволюции, по пути развития все более совершенных саморегулирующихся систем, вплоть до возникновения первых клеток [213]. Таким образом, первые живые существа были водными организмами.
В процессе длительной эволюции живые организмы вышли на сушу, но, при этом практически остались водными организмами [50]. Так, высшие растения содержат от 70 до 80 %, сочные плоды до 95 % воды от сырого веса. Общее содержание воды в теле животных колеблется от 50 до 80 % живой массы.
В предыдущих главах нами рассматривались только роль и участие разных структурных состояний воды в тех или иных физиологических процессах. Теперь мы кратко остановимся на характеристике общебиологического значения воды.
Роль воды в жизнедеятельности живого организма огромна. Она участвует прямо или косвенно во всех жизненных процессах. Основная масса воды выполняет в организме роль среды, в которой проходят эти процессы. Биохимические реакции, как правило, проходят в растворах воды. И в этом отношении вода является единственной жидкостью, которая обеспечивает оптимальные условия для организации этих жизненно важных биохимических процессов. Она осуществляет связь органов, координирует их деятельность в целостном организме. Вода входит в состав мембран и клеточных стенок, составляет основную часть цитоплазмы, поддерживает ее структуру, устойчивость входящих в состав цитоплазмы коллоидов, обусловливает определенную конформацию молекул белка. Высокое содержание воды придает содержимому клетки (цитоплазме) подвижный характер. Являясь растворителем, вода обеспечивает транспорт веществ по растению и циркуляцию растворов [143, 216, 263].
Вода – непосредственный участник многих химических реакций. Все реакции гидролиза, многочисленные окислительно-восстановительные реакции (фотосинтез, дыхание) идут с участием воды. Вода защищает растительные ткани от резких колебаний температуры. Обеспечивает упругое тургесцентное состояние растений, с чем связано поддержание формы травянистых растений, ориентация органов в пространстве [55]. Одна важная роль воды – участие в формировании клеточных мембран, которое основано на амфифильности фосфолипидов, то есть на способности фосфолипидов автоматически формировать полярную поверхность мембраны и гидрофобную внутреннюю фазу [60]. Кроме того, вода еще выполняет регуляторную функцию [314]. Из cказанного видно, что если бы не было воды, не было бы и жизни на Земле.
Другими важнейшими компонентами клетки являются липиды. В организме липиды выполняют энергетическую, защитную, регуляторную и биоэффекторную функции [111]. Однако, главной в жизнедеятельности организмов является структурообразующая функция липидов. Дело в том, что липиды образуют основу клеточных мембран (рис. 9.3). В 1 мкм2 биологической мембраны содержится около миллиона молекул липидов. В образовании этих структур участвуют фосфолипиды, гликолипиды и холестерол. Основную структурную роль в биологических мембранах играют фосфолипиды, где они образуют бислой. В мембранах животных клеток они составляют более 50 % всех липидов. Жизнь в том виде, в каком мы ее знаем, невозможно представить без биомембраны, регулирующей обмен веществ между клеткой и средой, а также между различными отсеками (компартментами) внутри самой клетки. Мембрана обеспечивает взаимодействие клетки с внешней средой, избирательно пропуская многие вещества, кроме того, является средой протекания множества биохимических процессов. Согласно жидкостно-мозаичной модели биологической мембраны [389], мембранные липиды создают жидкую среду для мембранных белков, в которой они могут функционировать. По степени влияния на структуру бислоя и по силе взаимодействия с ним мембранные белки делят на интегральные, полуинтегральные и периферические. Белки в мембране выполняют структурные, каталитические, рецепторные и транспортные функции. В составе мембран могут быть углеводы, которые не представлены самостоятельными соединениями, а обнаруживаются только в соединении с белками (гликопротеины) или липидами (гликолипиды). Углеводы в биомембранах выполняют функцию контроля за межклеточными взаимодействиями, поддержания иммунного статуса, рецепции, обеспечения стабильности белковых молекул в мембране.
Рис. 9.3. Принциальная схема строения биологической мембраны: 1 – бислой липидов; 2 – белки (интегральный, полуинтегральный и периферический)
Любая клетка (прокариотическая, эукариотическая) окружена мембраной – плазмолеммой (рис. 9.1, 9.2). Большинство органоидов клетки имеют мембранное строение. Мембранные органоиды делятся на двумембранные и одномембранные.
К двумембранным, которые имеют наружную и внутреннюю мембрану, относятся: ядро, митохондрии и пластиды (хлоропласты, лейкопласты и хромопласты). Одномембранные – гладкий и гранулярный эндоплазматческий ретикулумы, Аппарат Гольджи, лизосомы, вакуоль, микросомы (пероксисома, глиоксисома и сферосома).
Кроме того, все продукты синтеза внутри клетки транспортируются в мембранной оболочке [123]. Биомембрана, участвуя в образовании внешней оболочки и оболочек основных органоидов клетки и их внутренних мембранных структур, в частности, ламеллы – в хлоропластах, кристы – в митохондриях, перегородки в эндоплазмолитической сети, выполняет важнейшие функции, обеспечивающие ее жизнедеятельность и, тем самым, организма в целом.
Мембраны выполняют барьерную функцию, механически отделяя клетки и их органоиды от внешнего пространства. Одна из главных функций мембран – участие в переносе веществ. Этот процесс обспечивается при помощи трёх основных механизмов: простой диффузией, облегчённой диффузией (пассивные виды транспорта, они идут без затраты энергии) и активным транспортом, который идет с затратой энергии – при помощи специальных белков переносчиков, а также и везикулярным путем. Следующая функция – обеспечение процессов трансформации и запасания энергии (фотосинтез и тканевое дыхание – локализованы в мембранах хлоропластов и митохондрий, а у бактерий – в плазмолемме).
Немаловажная функция мембран – способность генерировать биоэлектрические потенциалы за счет неравномерного распределения ионов по обе стороны мембраны. Метаболические функции мембран определяются двумя факторами: во-первых, связью большого числа ферментов и ферментативных систем с мембранами, во-вторых, способностью мембран физически разделять клетку на отдельные отсеки, отграничивая друг от друга метаболические процессы, протекающие в них.
Клеточная рецепция и межклеточные взаимодействия. Под этой формулировкой объединен весьма обширный и разнообразный набор важных функций клеточных мембран, определяющих взаимодействие клетки с окружающей средой и формирование многоклеточного организма, как единого целого. Молекулярно-мембранные аспекты клеточной рецепции и межклеточных взаимодействий касаются, прежде всего, иммунных реакций, гормонального контроля роста и метаболизма, закономерностей эмбрионального развития [3, 11].
Исследователи, особенно в последнее время, стали осознавать крайне важную роль липидов в жизнедеятельности организмов и начали широко внедрять новые технологии анализа липидов, активно использовать методы генной и белковой инженерии, что позволяет прогнозировать прорыв в липидологии в XXI веке. Об этом говорили руководители и участники I-й и II-й виртуальной международной научно-практической конференции по липидологии «Липидология – наука XXI века» (2013, 2014 гг.) [23]. Конференции были организованы Cистемой виртуальных миров Pax Grid совместно с лабораторией оксилипинов Института биоорганической химии им. академиков М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова РАН [67], крупнейшего центра физико-химической биологии и биотехнологии в России.
Развивается отдельная область знания – липидомика – научная дисциплина, предметом которой является полная характеристика молекулярных видов липидов и выяснение их биологической роли в отношении экспрессии генов белков, вовлеченных в метаболизм и функции липидов [352].
Подчеркивая особую роль липидов в организации и деятельности живых систем, стали говорить о липидах, как о фундаменте жизни [332]. Несмотря на это, липиды еще не получили достойную оценку, в частности, в многочисленных определениях понятия что такое жизнь [189, 232]. Так А.Л. Лавуазье определял жизнь как «химическую функцию»; Г.Р. Тревиранус считал, что жизнь есть «стойкое единообразие процессов при различии внешних влияний». Некоторые считают, что «Жизнь – это активное, идущее с затратой энергии, поддержание и воспроизведение специфической структуры» [179].
Э.Шредингер [336] говорит о жизни, как закономерном поведении материи, поддерживающем свою упорядоченность за счет извлечения отрицательной энтропии из пищи и солнечного света. А.И. Опарин определял жизнь как «особую, очень сложную форму движения материи». А вот по А.П. Модину [189]: «Жизнь – это самовоспроизводящийся катализатор диссипации энергии» и др.
Учитывая роль воды и липидов в зарождении и организации живой материи, о которой речь шла выше, а также признавая клетку как структурную, функциональную и генетическую единицу жизни, мы попытались дать новое определение понятия живой материи. За его основу нами взято определение понятия жизни, данное М.В. Волькенштейном: «Живые тела, существующие на Земле, представляют собой открытые, саморегулирующиеся и самовоспроизводящиеся системы, построенные из биополимеров – белков и нуклеиновых кислот». Данное определение, наряду с классическим определением Ф. Энгельса, часто приводится в учебниках и других публикациях [115, 123].
Согласно нашему определению, живые тела, существующие на Земле представляют собой открытые, саморегулирующиеся и самовоспроизводящиеся системы, построенные из белков, нуклеиновых кислот и липидов, имеющие клеточную форму организации, сохраняющие свою целостность и активность в водной среде [324].
Новое определение понятия живой материи дает более полную характеристику живой материи, чем многие предыдущие, и будет полезным при преподавании и изучении курсов общебиологических дисциплин, таких как «Общая биология», «Цитология» и др. Например, всю структуру преподавания курса цитологии можно построить на основе нового определения понятия живой материи. Курс можно начинать с определения понятия «жизнь» и дальше продолжить по следующей схеме – зарождение живой материи и ее дальнейшая эволюция, строение клетки, значение компонентов молекулярного состава клетки, роль липидов и воды в строении и функционировании биомембраны, мембранные органиоиды клетки, роль воды и липидов в сохранении структуры и функционировании белков, нуклеиновых кислот, клеточная теория строения живых организмов, и т. д.
Недооценка роли липидов в организации живых существ, в частности, клеток и тканей человеческого организма, оказывает негативное влияние на подготовку медицинских работников, в частности, диетологов, а через них – на здоровье простых людей. Уже в течение десятилетий вошла мода на диету с ограниченным потреблением жира. С недавних пор с подачи диетологов люди начали увлекаться блюдами, обогащенными полиненасыщенными жирами.
Как считает Dr. Dwight Lundell [363], кардиохирург с 25-летним стажем, ожирение, а также травмы и воспаление кровеносных сосудов, приводящих к сердечным заболеваниям, вызваны диетой с низким содержанием насыщенных жиров и высоким содержанием полиненасыщенных жиров, особенно омега-6 и углеводов. Как сказано выше, такая диета рекомендуется в течение многих лет официальной медициной.
Очевидно, чтобы быть здоровым, человек должен потреблять в пищу достаточное количество насыщенных и ненасыщенных жиров, в идеале, близких по составу к тем липидам, которые входят в состав биологических мембран, тем самым. удовлетворять потребности организма для поддержания нормальной структуры и функционирования всех мембран своих клеток. Но в то же время также следует учитывать, что организм сам может синтезировать из исходных материалов необходимые ему вещества, в том числе и нужные липиды. Липиды могут покрыть части расходуемой организмом энергии. При рациональном питании жиры обеспечивают не более 30 % от общего количества калорий, поступающих с пищей. Очень важно, что с липидами в организм поступают и жирорастворимые витамины A, D, Е, К.
Значение безхолестериновой диеты для здоровья человека также сильно переувеличена. Основная часть холестерина в организме человека образуется путем синтеза, а только незначительная часть поступает с пищей. Известно, что синтез холестерина и его деградация регулируются желчными кислотами, таким образом поддерживается его баланс – сводится к минимуму нарастание или недостаток холестерина в организме.
Таким образом, роль воды и явлений гипобиоза и анабиоза, наступающие в результате физиологической и физической ангидрии, для происхождения и эволюции жизни на Земле, адаптации живых существ к суровым экологическим условиям, огромна. В то же время, существование живой материи, активно функционирующей в водной среде, построенной, в основном, из белков и нуклеиновых кислот без липидов, невозможно.
Автор понимает, что живая материя очень многогранна в своих проявлениях, и дать точное и всеобъемлющее определение понятия живой материи всегда будет затруднительным. Однако, каждая попытка, предпринимаемая в этом направлении специалистами из разных областей знания, все же позволяет приближаться к истине.