Приветствую, друзья, спасибо, что поддерживаете новые материалы лайками. Сегодня хотел бы разобрать самый популярный тип вопросов, которые ко мне поступают.
Подскажите, можно ли увидеть бактерий, например, в молоке невооруженным глазом? У меня нет возможности приобрести микроскоп, но хотелось бы немного понаблюдать за ними вживую. (с)
Бактерии – это самые крошечные представители живого мира на нашей планете.
Меньше бактерий могут быть только отдельные белки (прионы) и вирусы, но их нельзя считать полноценными живыми организмами. Поскольку для размножения им всё равно необходимо использовать ресурсы живых клеток. См. «Неклеточные формы жизни». (c)
Размер бактерий из водоёма. Световой микроскоп. Увеличение: x1000 раз.
Весь их организм представлен одной единственной клеткой, внутри которой происходят процессы обмена веществ, питания и создания новых молекулярных структур необходимых для жизни.
Модель устройства бактериальной клетки.
Увидеть невооруженным глазом бактериальные клетки практически невозможно. Конечно, есть отдельные виды, например, Тиомаргарита Магнифика (Thiomargarita magnifica), представители которой могут достигать двух сантиметров в длину, однако это экзотический вид, а большинство бактерий намного меньше.
Гигантская бактерия Тиомаргатика Магнифика (Thiomargarita magnifica) рядом с 10 центовой монетой.
Ещё одна проблема возникает из-за того, что клетки бактерий обычно прозрачны и увидеть их даже на среднем увеличении микроскопа порой не так-то просто.
Скопление бактерий под микроскопом. По центру можно также наблюдать инфузорию-туфельку (размеры тела ~0,3 мм) и часть клетки инфузории-трубача (размеры тела до 2 мм).
Чтобы рассмотреть бактерии и изучить их форму (морфологию), учёным приходится предварительно окрашивать их клетки различными красителями. А затем исследовать их под микроскопом с увеличением не менее чем х400 раз.
Окрашенные бактерии под микроскопом. Палочки и кокки.
Поэтому, к сожалению, даже если мы очень постараемся, у нас не получится увидеть бактерии на поверхности предметов или в каком-то продукте (например, молоке) невооружённым глазом.
Дрожжи (они по размерам аналогичны размерам бактерий) рядом с человеческим волосом.
Бонус #1: Бактерии на поверхности булавки. Сканирующий электронный микроскоп.
Бонус #2: Сравниваем размеры других популярных микроорганизмов (тихоходки, инфузории, коловратки, эвглены и др.) с человеческим волосом.
Видеоверсия:
Спасибо, друзья, больше материалов про биологию и микромир Вы можете найти в моём профиле. Подписывайтесь на канал и до скорых встреч.
Красный костный мозг — это орган кроветворной системы, который располагается в крупных костях и отвечает за создание новых клеток крови взамен погибших или отмерших.
Красный костный мозг человека. Увеличение: x500 раз. Сканирующий электронный микроскоп.
Он содержит стволовые клетки, которые способны превращаться во все типы кровяных клеток: эритроциты, лейкоциты и тромбоциты в зависимости от нужд организма.
Красный костный мозг человека. Увеличение: x500 раз. Сканирующий электронный микроскоп.
На фотографиях выше хорошо видно образующиеся лейкоциты (оранжевые) и эритроциты (красные).
Бонус: Кровь под микроскопом
Спасибо, друзья, больше материалов про биологию и микромир Вы можете найти в моём профиле. Подписывайтесь на канал и до скорых встреч.
Каждую весну одно и то же: клещи, клещи, клещи, энцефалит, реанимация, сотни и тысячи пострадавших. Сложно поверить, но еще несколько десятилетий назад в бытность Советского Союза подобного не было. Но как же так? Ведь назойливые членистоногие существовали во все времена и не зависят от политического строя государства. Быть может проблема просто замалчивалась, как нам любят рассказывать про СССР со времен перестройки?
Или все-таки дело было в чем-то другом?
Как это странно не прозвучит, при всем своем кривом исполнении социализм действительно является тем государственным строем, который способен заставить ходить строем и в ногу (да еще и почти в нужном направлении) даже клещей. А причин «отсутствия» сезонной напасти было несколько.
Немного истории :
Клещи были на территории СССР всегда. Их было не так много и заражённость энцефалитом и боррелиозом этих мелких товарищей, которые нам совсем не товарищи, была практически нулевая.
Однако, начиная с конца 50-х годов, в Сибири, на Дальнем Востоке и на Урале учёные начали фиксировать повышение активности клещей.
Первым, кто забил тревогу, был Лев Александрович Зильбер, руководитель отдела вирусологии при Институте эпидемиологии, микробиологии и инфекционных болезней АМН СССР. Именно он оценил опасность клещей и первым забил тревогу.
Распространение клещей он связывал с активным освоением Сибири и Урала и изменением климата в послевоенные годы. Дело в том, что зимы становились всё мягче и мягче, если раньше нормой были температуры по -45-50 и клещи вымерзали, то со временем -20 стало считаться собачьим холодом. Клещи лишились естественного врага - Деда Мороза.
Первый всплеск клещей пришёлся на конец 60-х годов, они полезли буквально из всех щелей. Во многом свою роль сыграла... борьба Китая с воробьями. Эти мелкие пичуги лопают клещей только шум стоит, а поскольку китайцы начали их обнулять в масштабах всей страны, то со временем всё приграничье начало буквально кишеть клещами.
Они полезли к нам!
Чтобы хоть как-то справиться с нашествием, руководство страны решилось на проведение эксперимента АГ-01 под совместным руководством учёных и военных.
Армия как раз разрабатывала систему аэрозольных дымовых завес для сокрытия от противника даже не отрядов, а целых воинских частей и объединений. Институт кинетики предложит использовать военные тягачи и транспортёры с модернизированной системой дымовых завес.
На технику устанавливали ракетный двигатель и систему аэрозольных генераторов, реактивная струя которых распыляла аэрозоль на километры площади. Одна минута такого распылителя позволяла обработать химией 20 гектаров земли. Оставалось дело за малым - найти отраву.
И её нашли!
В 1939 году немецкий химик Паулю Мюллер синтезировал вещество - 4,4-дихлордифенилтрихлорэтан, которое за несколько секунд ликвидировало всех комаров и мух не только в его лаборатории, но и в ближайшей округе. Так был открыт сильнейший инсектицид - ДДТ.
Именно его взяли на вооружение советские учёные. Реактивные распылители ставили даже на железнодорожные платформы и с их помощью обрабатывали все подходы к БАМу.
Достоинство ДДТ заключалось в том, что оно не только моментально обнуляло всю нехорошую живность на обрабатываемой территории, но и... сохраняло своё действие долгое время.
Если сегодня средства против клещей действуют 30-40 дней, то есть за один сезон нужно обрабатывать 2-3 раза. То ДДТ сохраняло убойную силу до 3-х лет. Естественно, в такой обстановке все клещи откидывали коньки, они физически не могли выжить. А стоимость обработки 1 кв.км. составляла менее 12 копеек.
То есть, обработка при помощи АГ-01 была эффективная и дешёвая!
Считалось, что в ближайшие 5-7 лет на территории страны не останется малярийных комаров и клещей вообще.
Однако сам ход работ и полученные результаты были строго засекречены, так как, во-первых, Всемирная организация здравоохранения потребовала отказаться от применения ДДТ, а, во-вторых, в это же самое время с проблемой клещей столкнулись американцы. СССР не хотело давать им в руки рецепт эффективного способа для их уничтожения.
С конца 80-х годов произошло следующее: зимы стали ещё более тёплыми, СССР отказался сначала от применения ДДТ, затем перестал обрабатывать территории в связи с нехваткой денег на более дорогую химию, а потом и самого СССР не стало. У клещей появился шанс выжить и этим шансом они не только воспользовались, но и пошли дальше.
Ежегодная обработка
Сезонная ежегодная обработка потенциально опасных территорий в населенных пунктах проводится и сегодня. Однако в СССР размах операции «АнтиКлещ» был намного шире. Существовал такой Всесоюзный научно-исследовательский институт дезинфекции и стерилизации, в обязанности сотрудников которого входили в том числе и наблюдения за потенциально опасными территориями вне городов. По весне обрабатывались также наиболее опасные леса, поля и даже тайга. Для этого летали специальные вертолеты, которые распыляли специальные химические составы. Каждый год перед началом операции местных жителей оповещали о том, что будут травить клещей.
Примечательно, что травили в СССР не только клещей. Подобные мероприятия на Дальнем Востоке также проводились против комаров, которые являются разносчиками разнообразной заразы. Подобные меры требовали серьезных вливаний ресурсов, однако они во многом помогали сдерживать натиск членистоногих.
К сожалению, после начала перестройки и последующих «лихих 90-х» обработка или проводится выборочно, или вообще не проводится. Отсутствие комплексных мер не позволяет эффективно бороться с клещами, в результате чего они заполоняют все большие и большие площади.
Бесплатная медицина
Как уже было отмечено, подход к защите населения от энцефалита и других подобных заболеваний был комплексным. Бороться с носителями заразы – это даже не половина дела, а в лучшем случае его треть. Важнейшим элементом противодействия инфекциям были прививки. В регионах, где свирепствовали опасные насекомые и членистоногие, население регулярно прививалось от того же энцефалита в обязательном порядке. О, ужас, но такая тоталитарная мера давала положительные результаты и помогала защитить укушенных от тяжелых последствий и различных осложнений.
Средства массовой информации, а не средства массового психоза
Буржуазные СМИ в первую очередь преследуют цель заработка денег. Что не плохо и не хорошо в условиях капитализма. Во многим именно по этому причине каждый год у нас случается «клещевой психоз». Отличился только 2020, к несчастью, есть более яркий инфоповод для хайпа и повторения одного и того же по 10 раз с целью заработка.
В Советском Союзе СМИ работали иначе – они в первую очередь были именно средством информирования и пропаганды. А потому, если проблемы не было, то о ней и не говорили. Так, в какой-нибудь Московской области в 1970-е проблема энцефалита не стояла и близко, а потому и почитать о нем в местных газетах было, мягко говоря, сложно. А вот, например, в Сибири и на Дальнем Востоке, где проблема клещевого энцефалита всегда стояла остро, СМИ регулярно сообщали населению о датах проведениях химической обработки, о необходимости делать прививки, а также о порядке предпринимаемых мер в случае укуса клеща.
«Планета в порядке, это людям пи…»
Хотя стоит отметить то, что клещей становится больше во всем мире: в Европе, в Северной Америке, в Азии. Происходит это главным образом потому, что они приспосабливаются к новым условиям, в том числе к применяемым химикатам. Но самое главное – зимы становятся мягче. А долгое время именно крепкий мороз был главным врагом клещей, находящихся в спячке.
Что со всем этим делать и как быть – ответ могут дать только ученые. К сожалению, сегодня естественная наука финансируется не так хорошо, как следовало бы. Зато мы имеем множество бесполезных гендерных исследований и по парочке новых айфонов каждый год.
Сегодня ситуация совершенно иная, учёные считают, что если в ближайшее время не вернуться к тотальной обработке территории страны, то через 7-12 лет любой выход человека в лес без полностью закрытого сеткой и обработанного химией костюма будет равносилен самоубийству.
В программу ОМС не входят - исследование клеща, введение противоклещевого иммуноглобулина, антибиотикопрофилактика, проведение исследование крови на антитела к вирусу клещевого энцефалита. Эти услуги платные, оплачиваются за счет собственных средств.
Зачем человечество изучает далёкие космические объекты? Что астрономия даёт людям? На этот вопрос отвечает Ольга Касьяновна Сильченко, доктор физико-математических наук, заместитель директора по научной работе государственного астрономического института имени П.К. Штернберга.
Уж извините, мы тут иногда позволяем себе рассказать о том, чего нельзя писать в детском журнале. Один наш юный читатель так прямо и спросил: "Расскажите, какая профессия была самой древней?" Мы переглянулись и тяжело вздохнули...Ладно, сейчас расскажем. (Тут же детей нет? В статье несколько раз встретится слово "проституция" – мы предупредили.)
Рэчел Уэлш и... (да какая разница, как его зовут – главное, как её!) в фильме "За 1 000 000 лет но нашей эры"
В разное время древнейшей профессией объявляли разные занятия. И жульничество, и садоводство (первый человек Адам считался "садовником Бога"), и даже убийство – имея в виду Каина. Вот тут сразу становится непонятно: ведь в Библии сказано, что Каин был земледельцем, а убитый им Авель – пастухом. То есть уже имели то, что мы называем профессиями. Где логика? А логика проста, и понять её нам поможет Энгельс с его проституцией, извините.
Да, это именно Энгельс в вышедшей в 1884 году книжке "Происхождение семьи, частной собственности и государства" объявил самой первой профессией проституцию. А через пять лет Редьярд Киплинг в рассказе "В городской стене", героиней которого является проститутка Лалан, добавил слово "древнейшая". Рассказ начинается словами: "Lalun is a member of the most ancient profession in the world" – "Лалан – представительница самой древней в мире профессии".
То есть Киплинг согласился с доводами Энгельса. А Энгельс имел в виду вот что: труд бывает двух видов. Естественный труд (как у Каина и Авеля) – это когда ты собираешь корешки, чтобы их съесть, или строишь хижину чтобы в ней укрыться от дождя. А бывает "отчуждённый труд" – это грубо говоря когда ты делаешь не то, что напрямую послужит твоему благу, а то, в обмен на что с тобою поделятся тем, чего ты сам не делаешь. Дадут корешков и пустят под крышу.
Тут можно почесать затылок и спросить: "А почему в таком случае "древнейшая профессия" – это не материнство? Ведь женщина не охотится, она ухаживает за детьми, это не служит напрямую её благу, но за это мужчина делится с нею добычей? Чё сразу проституция-то?"
Ну, тут две причины. Рациональная – и иррациональная.
Начнём с рациональной. Женщина не только ухаживает за детьми, правильно? Она и шкуры выделывает (а это технологически сложный процесс), и те же корешки собирает, и много ещё чего – это раз. И потом, материнство – это тоже служащая прямому благу естественная деятельность: чем больше детей родится и выживет, тем сильнее род, тем больше у него шансов выжить, – это два.
То есть: дети – это прямое благо, непосредственная польза. Рожать и ставить на ноги детей – естественный труд – как дышать, моргать, пить, есть, а также искать, чего попить и поесть, чтобы продолжать моргать и дышать...
А какая непосредственная польза для выживания от проституции?
Никакой, чистый прибыток. Первобытная, извините, проститутка, точно так же может выделывать шкуры, собирать эти самые корешки и рожать детей – только она ещё, как в том анекдоте "немножечко шьёт на дому", а следовательно "живёт немножечко лучше, чем царь". Имеет "добавочное" благо за свои "труды". Вот поэтому.
И ещё (иррациональная причина) – у Энгельса это был "больной вопрос".
Дело в том, что он был "не чужд". В 1846 году писал своему другу Марксу:
"Абсолютно необходимо, чтобы вы хоть раз выбрались из скучного Брюсселя и приехали в Париж, и у меня, со своей стороны, есть огромное желание повеселиться с вами. Если бы у меня был доход в 5000 франков, я бы только и делал, что работал и развлекался с женщинами до тех пор, пока мне не захочется разбиться вдребезги. Если бы не было француженок, жизнь не стоила бы того, чтобы жить. Но пока существуют гризетки, все хорошо".
Фридрих Энгельс в молодости
Принятно считать, что со своей женой, ирландкой Мэри Бёрнс, Энгельс познакомился на фабрике, которой управлял, то есть она была работницей, но это неточно.
В то время рабочие и работницы работали на фабриках по 14 часов 6 дней в неделю. Средняя продолжительность жизни работниц составляла 28 лет. Вряд ли бы внимание Энгельса привлекла одна из фабричных девушек, которых он сам описывал так: "Невысокие, коренастые и плохо сложенные, определенно уродливые во всем развитии фигуры".
Скорее всего, Мэри Бёрнс была проституткой – подобно многим другим ирландкам в Манчестере. Отсюда и грубо-саркастическое отношение к ней товарищей Фридриха. Карл Маркс писал ему: "Are you studying physiology on Mary Burns or elsewhere?" ("Вы изучаете физиологию на Мэри Бернс или где-то еще?").
А другой приятель Энгельса журналистГеорг Верт сочинял истории, в которых "темноглазая ирландская шлюха по имени Мэри", "продавала сочные фрукты" "бородатым знакомцам" в ливерпульских доках. (При это сам Верт бороду не носил, то есть бородатым знакомцем был не он, а кто-то другой…)
Георг Верт, один из первых марксистов
Энгельс жил на два дома: в одном он принимал лиц, принадлежавших к его социальному кругу, в другом доме протекала его семейная жизнь. В 1850-х годах Энгельс и МэриБёрнсбыли зарегистрированы под чужой фамилией – как мистер и миссис Бордман...
Это не прямые доказательства, конечно, но "кагбэ намекает". А книжка "Происхождение семьи, частной собственности и государства", кстати, хорошая. И хотя в частностях расходится с появившимися позже научными данными, но в общем и целом не утратила значения и важности по сей день. Всем горячо рекомендуем! Читается легко.
И всё-таки: почему именно это занятие, а не любое другое первобытное проявление отчуждённого труда? Почему не шаман, например?
В общем, получив от юного читателя этот вопрос, мы смутились. А потом стали разбираться, и вот что выяснилось...
Что такое профессия?
Давайте вспомним книжку про Робинзона Крузо на необитаемом острове. Чтобы выжить одному, Робинзону приходилось рубить лес, охотиться, сеять пшеницу, шить обувь и одежду, плести корзины...
Но значит ли это, что он был строителем, лесорубом, корзинщиком? Нет. По профессии Робинзон был моряком. Помните: «Жизнь, необыкновенные и удивительные приключения Робинзона Крузо, моряка из Йорка, прожившего 28 лет в полном одиночестве на необитаемом острове...» и так далее. Человек провёл на суше 28 лет – однако при этом так и остался «моряком из Йорка». Выходит, что «трудовая деятельность» и «профессия» – это не совсем одно и то же!
Кто-то скажет: «А, ну тогда профессия – это то, чему человек учился».
Однако вот писатели Чехов, Вересаев, Булгаков по образованию были врачами. Жюль Верн – юристом. А великий астроном Уильям Гершель – учителем музыки...
Тогда кто-то скажет: «Профессия – это дело всей жизни человека, деятельность, в которой он достигает вершин мастерства».
Но вот, скажем, композитор Александр Порфирьевич Бородин. Известен тем, что написал оперу «Князь Игорь», все слышали чарующую мелодию «Половецких плясок» из этой оперы...
Так вот, по профессии он был химиком! И не просто "химиком по образованию", а академиком, между прочим. Писал прекрасные оперы и симфонии, но вот по профессии композитором не был...
Обратимся к животным
Деятельность, которую можно назвать «трудовой», присуща не только человеку. Скажем, у стаи волков встречается даже разделение труда – что-то вроде специальностей. Одни волки охраняют территорию, другие заботятся о маленьких волчатах, третьи охотятся.
Но замечательнее всего в этом отношении медоносные пчёлы: каждая пчела в улье выполняет свою особенную работу, причём эта работа зависит от возраста пчелы.
Только что вылупившиеся пчёлы занимаются чисткой сот и уборкой улья. Когда они чуть подрастут, они начинают ухаживать за личинками. В возрасте одной недели пчёлы – начинают строить новые соты. Следующая пчелиная «профессия» – охранник, эти пчёлы стерегут леток, чтобы в улей не залетели посторонние. Наконец, в возрасте трёх недель и до самой старости пчела начинает вылетать из улья – для сбора нектара, пыльцы и воды. При этом некоторые из таких пчёл «работают» разведчицами: разыскивают новые источники корма для всей семьи.
Такое поведение животных учёные называют «полиэтизмом», от греческого слова «этос» – «привычка», «поведение», «роль».
Пчёлы-охранники на летке улья и картина Василия Васильевича Верещагина "Ворота Тамерлана"
Если у отдельной особи на протяжении всей жизни только одна роль (скажем, как солдаты или рабочие у термитов или муравьёв), такой полиэтизм называется кастовым. Если на протяжении жизни роль меняется с возрастом (как у медоносных пчёл), такой полиэтизм называется возрастным.
И, как показывает наука антропология, возрастной полиэтизм существовал и у далёких наших предков – уже миллионы лет назад!
А что у первобытных людей?
Давайте рассмотрим какое-нибудь сообщество людей, всё ещё находящихся на первобытной стадии развития, например, австралийских аборигенов.
Все выполняют ту работу, которая была нужна племени именно сейчас, в данный момент. Поэтому каждый взрослый воин и охотник должен уметь и охотиться, и строить жильё, и вить верёвки, и мастерить себе оружие, и находить дорогу вдалеке от дома – и вообще, делать тысячи разных дел.
Можно сказать, каждый взрослый член племени был самым настоящим Робинзоном, способным в одиночку выжить на необитаемом острове. Но то, чем занимаются все (охота, защита, строительство укрытия,собирательство) – пока не профессия.
Первые профессии
В общем, подумали мы – и-и-и... Постановили, что самые древние профессии, которые можно выделить в первобытном обществе, это...нянька ивоспитатель (учитель).
Да-да! Эти профессии – ужасно древние, им миллионы лет. Они существуют не только у человека, но и у многих высших общественных животных.
Например, пингвины живут большими группами. Когда вылупляются маленькие пингвинята, они сначала живут вместе с мамами и папами. Но потом мама и папа начинают «ходить на работу», то есть ловить рыбу в океане, а своих детей они отправляют под надзор нескольких «воспитателей» в «детский сад».
У императорских пингвинов (на фото) бывают детские сады сразу на несколько тысяч птенцов! И только раз в несколько дней мама и папа навещают своего пингвинёнка в детском саду...
Сила огня
Следующий важный этап – возникновение таких видов деятельности, которых у животных не существует. Связано это возникновение с таким замечательным событием, как освоение людьми огня.
Наши с вами предки научились пользоваться огнём очень давно, около миллиона лет назад. Так возникли ещё две «профессии» (и таких профессий в стаях животных мы уже не отыщем): костровой, то есть тот, кто следит за огнём и не даёт ему погаснуть, и повар, то есть тот, кто готовит пищу на огне.
Даже в наши дни многие первобытные племена Африки и Австралии не пользуются ни огнивом, ни спичками, ни зажигалками, а просто всегда «носят огонь с собой», скажем, в виде маленького глиняного горшочка с тлеющими угольками. Тем не менее, профессия кострового не сохранилась (вернее, изменилась так, что и не узнать). А вот повар...
Что было раньше — курица или яйцо? Ответ на этот парадокс, над которым ломали голову ещё античные мыслители, для биолога однозначен: сначала было яйцо. Во-первых, яйца возникли задолго до появления птиц — ещё рыбы в океане откладывали икру. «Но икра — это же яйца без скорлупы!» — воскликнут скептики. Что ж, яйца со скорлупой откладывали рептилии — тоже задолго до появления куриц. Если вы спросите, что было раньше — курица или куриное яйцо, отвечу то же самое: яйцо. Всё потому, что биологическая эволюция происходит за счёт постепенных изменений, вызванных мутациями в ДНК. Какую мутацию, определяющую «куриность», не возьми, сначала она должна была возникнуть на самых ранних этапах эмбрионального развития, то есть в яйце, а уже потом она могла повлиять на развитие курицы.
Дискуссия о курицах и яйцах очень схожа со спорами о том, что такое жизнь и где протекает грань между жизнью и нежизнью. Философы часто пристают к биологам с этим вопросом, мол, дайте точное определение жизни! «Непонятнно, что вы изучаете. У вас наука о жизни, а определения у жизни какое? Вот вирусы живые или мёртвые?» А биологи часто отвечают: «Идите нафиг. Нам понятно, что мы делаем: мы занимаемся изучением репликаторов — химических систем, которые себя копируют. А что называть жизнью, для нас не очень важно».
Почему определение жизни часто спотыкается именно на вирусах? Потому что вирус в плане классификации находится на самой грани того, что мы называем живым. Вот смотрите: бактериальная клетка — явно живая. А кусок белка или молекула ДНК — явно нет (молекула ДНК сама по себе — просто большой кусок биополимера). Вирус же находится в «серой зоне». У него есть как признаки живых, так и неживых организмов, например, он вполне успешно размножается.
Тогда давайте разбираться, что такое жизнь вообще. Возможно, вы сейчас удивитесь, но у нас до сих пор нет общепринятого определения жизни. Но многие учёные серьёзно задавались этим вопросом — причём как биологи, так и небиологи. Собственно, одну из самых известных книжек на эту тему написал австрийский физик-теоретик Эрвин Шрёдингер.
Она так и называется: «Что такое жизнь?» Учёный издал её в далёком 1944 году — для своего времени она была очень прогрессивной. В книге Шрёдингер размышлял о том, что жизнь с точки зрения термодинамики устроена крайне интересно. Согласно второму началу термодинамики, энтропия (мера неупорядоченности) любой изолированной системы должна неизбежно расти — и она никогда не убывает. Но мы также знаем, что жизнь постоянно усложняется: и в ходе эволюции, и даже по ходу роста отдельного организма.
Так вот, тут нет никакого противоречия — ведь жизнь берёт ресурсы извне. И отдельное существо, и сама биосфера — это не замкнутые системы. Поэтому они и усложняются — за счёт увеличения энтропии где-то ещё. Значит, напрашивается такое вот интересное определение: жизнь — это то, что использует энергию и материю из окружающей среды, чтобы поддерживать себя.
Но есть нюанс: жизнь — это не единственная вещь, которая может поддерживать себя и при этом усложняться. Например, в химии существуют так называемые автокаталитические реакции — химические процессы, которые могут сами себя ускорять. В университетах студентам часто показывают реакцию Белоусова-Жаботинского как наглядный пример. А ещё есть кристаллы. Они растут и организуются в очень упорядоченные системы — но кристаллы мы не называем живыми организмами.
Ещё раз: по Шрёдингеру, жизнь — это открытая система, которая использует градиенты (то есть перепады в количестве энергии или вещества) в окружающей её среде для того, чтобы создавать неидеальные копии себя. И это определение жизни через термодинамику практически совпадает с одним из самых популярных определений из биологии. Согласно биологам, жизнь — это поддерживающая сама себя химическая система, способная к дарвиновской эволюции. Например, это определение используют специалисты NASA. Скажем, нашли учёные на другой планете нечто. Как понять, жизнь это или нет? Если это нечто может эволюционировать по Дарвину, значит, мы встретили живой организм.
Кстати, определение NASA было основано на идеях американского астронома и астрофизика Карла Сагана. Он предположил, что способность к дарвиновской эволюции — это и есть главная характеристика жизни.
Правда, у «биологического» определения жизни есть свои нюансы. Перечислю некоторые из них:
Предположим, мы встретили единственного оставшегося в живых представителя инопланетной расы, которая размножалась половым путём. Этот одинокий инопланетянин утратил способность размножаться и в эволюции больше не участвует — и что теперь, больше не считать его жизнью? Поэтому нужна оговорка — «...или порождённая такой системой копия». «В моменте» этот организм должен быть устроен так, чтобы потенциально быть способным к эволюции;
Во-вторых, мы можем создать зонд Фон Неймана — робота, который умеет копировать себя и подвергать себя дарвиновской эволюции. Или компьютерную программу. Или даже мем, как у Ричарда Докинза — стойкую идею, которая себя воспроизводит. В общем, как минимум робот — это уже химическая система. Будем ли мы называть роботов живыми, если они научатся эволюционировать? Я — биолог, мне не жалко признать роботов живыми организмами. Но, думаю, изучать роботов будут не биологи.
Есть ещё один подход к определению жизни — описательный. Он, может, не самый универсальный, но зато точный. Это набор пунктов, которым должна соответствовать жизнь. Вот они:
Гомеостаз, то есть действия для поддержания стабильного внутреннего состояния. Мало энергии — ищем еду и воду, холодно — перемещаемся в сторону тепла;
Наличие чёткой внутренней организации. Можно даже сузить до «клеточной организации»: всё, что мы однозначно называем жизнью — клеточное. Это критерий очень произвольный, избирательный, но зато надёжный;
Метаболизм — это способность превращать одни химические молекулы в другие внутри себя. Любая жизнь добывает энергию из одних химических реакций, а потом тратит её на другие химические реакции;
Рост — живые существа, как правило, способны увеличиваться в размерах;
Адаптация — это значит, что живые организмы со временем становятся более приспособленными к той среде, в которой живут;
Реакция на стимулы. Даже одноклеточные организмы умеют реагировать на возбудители — они двигаются прочь от света, плывут в сторону химического сигнала, чтобы найти источник еды. Хищные одноклеточные могут чувствовать прикосновение к другим клеткам, чтобы съесть их — а их жертвы могут попытаться убежать;
И наконец, способность к воспроизводству — как половым, так и бесполым путём.
А что там с вирусами? Рассуждать можно так: биология — наука о жизни. Вирусы изучают именно биологи. Тогда и вирус — биологический объект. Он живой. Всё, можно заканчивать? Не совсем. Ведь биологи иногда изучают и компоненты жизни, которые сами по себе жизнью не являются — разные биохимические процессы или ткани, например.
Сейчас я перечислю аргументы, которые говорят о том, что вирусы — живые существа, а затем — контраргументы к ним.
ЗА. Интуитивно мы относимся к вирусам как к живому существу и не видим особой разницы между ними и бактериями. Мы можем сказать: «Мыло убивает вирусы», «Спирт убивает вирусы», «Вирус умер и уже никого не заразит». Но разговоры о вирусах как о чём-то живом — это скорее интуиция, а не научное доказательство. С другой стороны, если мы говорим о том, что что-то может умереть — значит, это живой организм. ПРОТИВ. Вирусы считают неживыми по другой причине — они не могут воспроизводиться без клеточного хозяина. В этом плане вирусы не являются автономными существами. На основании этого делаем вывод, что они не могут быть живыми — ведь вирусы не могут воспроизводиться сами.
ЗА. Но те же ленточные черви тоже не могут жить без своих хозяев. Это паразиты, которых мы, тем не менее, относим к живым организмам. Можно считать, что хозяин — это просто одно из условий окружающей среды. Оно так же необходимо для паразита, как человеку необходимы растительные или животные источники пищи, то есть другие живые организмы. Если из жизни на планете останутся только люди, они быстро вымрут. Но мы не говорим о человеке, который зависит от коров и бананов, что он неживой! Кроме того, вирусы прекрасно себя воспроизводят, хоть и не без помощи наших клеток. А ещё они способны к эволюции: ошибки-мутации происходят в момент копирования, когда вирусы паразитируют на клетке. На что способна эволюция вирусов, мы знаем на примере ковида, гриппа, гепатита C и ВИЧ. ПРОТИВ. Зато вирус инертный! Пока он не заразил клетку, он ничего не делает. В нём вообще ничего не происходит.
ЗА. Давайте посмотрим на «живых» бактерий. У них тоже есть инертный режим — состояние споры, которое возникает из-за неблагоприятных условий. В нём бактерия перестаёт расти и размножаться — она только ждёт более благоприятных условий окружающей среды. Так, может, для вируса любая ситуация вне клетки хозяина — неблагоприятная? Вот он и впадает в спячку. А в остальное время живёт нормальной жизнью. Кстати, по поводу спор бактерий учёные даже шутили: вот спора, она биохимически инертна, в ней ничего не происходит. Если она умерла, то получается, что она может воскреснуть? Или она находится в третьем состоянии суперпозиции — и перед нами «бактерия Шрёдингера»? ПРОТИВ. Если считать жизнью всё, что в определённой среде себя воспроизводит, мы можем зайти в тупик. Так, существует бактериальная плазмида — кусочек ДНК, который может передаваться от одной бактерии другой. Но, в отличие от вируса, у неё нет оболочки-капсида — то есть защитного батискафа для внедрения в клетку. За неё всё делает мать-бактерия. Но в определённых условиях плазмида может воспроизводиться. Получается, плазмида тоже живая? А, может, живой будем считать и молекулу ДНК, которая в нужных условиях тоже может размножаться?
А теперь давайте посмотрим, есть ли место для вирусов среди того, что мы однозначно считаем живым. Как вы помните из уроков биологии, всё живое делится на три главные группы — и это не царства животных, грибов и растений. И растения, и грибы, и животные входят в одну и ту же группу — эукариотов. Все они — клеточные формы жизни, у всех в клетках есть ядро, а в ядре — хромосомы. Вторая группа — это прокариоты, одноклеточные ребята без ядра. Прокариоты, в свою очередь, делятся на две группы — бактерий и архей. Интересный факт: считается, что археи ближе к людям, чем бактерии. Так, ключевые ферменты архей, которые копируют РНК и создают белки, больше похожие на наши ферменты, чем у бактерий. Есть даже теория, согласно которой ядерная ДНК наших клеток давным-давно произошла от предков архей. А митохондрии внутри этих же клеток произошли от древних бактерий. Другими словами, мы — архея, которая сожрала бактерию и сделала её своим симбионтом.
Из всего этого можно сделать вывод, что жизнь бывает очень разной. Например, есть такая архея — галоквадратум. И «квадратум» она называется не просто так: под микроскопом она выглядит как значок Windows. И вот такие плоские квадраты, похожие на логотип Windows, плавают во всех морях. А некоторые археи умеют жить в очень неблагоприятных условиях — в супергорячих источниках, в солёных озёрах, в серной кислоте и при экстремально низких температурах. Ещё есть археи, которые могут питаться водородом — никакие другие живые существа так не делают. А ещё удивительный факт: среди архей не выявлено ни одного патогена — они очень дружелюбны и не заражают нас и других животных никакими болячками.
Так вот, найдётся ли в перечисленных мной группах живой природы местечко для вирусов? Может, надо считать их четвёртым доменом биологии? Вирусы не очень похожи на людей, архей, растения и другие клеточные формы жизни, у которых есть липидная мембрана с разными интересными штуками внутри. Вирус — это плотная белковая оболочка. Внутри этой оболочки лежит ДНК или РНК — то есть генетический материал. При этом у некоторых вирусов — ВИЧ, например, на оболочке располагается дополнительная липидная мембрана. Внутри вируса ничего не происходит — ни синтеза белков, ни копирования генов. По сути, капсид — это лишь капсула, средство доставки ДНК или РНК в клетку хозяина. Получается, вирус может выполнять функции жизни только «чужими руками».
Получается, вирус — это не организм с нарастающей сложностью? С одной стороны, да, с другой — не всё так однозначно. Так, недавно учёные обнаружили, что существуют очень сложно устроенные гигантские вирусы. Самый крупный из них — пандоравирус. И по размерам он больше, чем некоторые самые маленькие клетки. Вся его внутренность — это ДНК длиной в 2,5 млн букв-нуклеотидов. А, главное, у пандоравируса может быть несколько тысяч генов (для сравнения — у вируса гриппа всего 7 генов, у ВИЧ — 9 генов, у человека — 20 000 генов). То есть мы имеем дело с вирусом, у которого всего в 10 раз меньше генов, чем у человека. Он такой большой и сложный, что поначалу его даже приняли за бактерию.
Тем не менее, пандовирус — это вирус, потому что он не умеет сам синтезировать свои белки. У него нет рибосом, которые синтезируют белки. Кроме того, он не умеет сам производить энергию для жизни — синтезировать АТФ, главную энергетическую «разменную монету» жизни. Пандовирус проникает внутрь одноклеточной амёбы, сливается с ней и интегрирует свою ДНК внутрь её ДНК. А дальше уже «операционная система» амёбы решает проблемы вместо пандоравируса — амёба копирует его ДНК, собирает новые вирусные частицы, тратит свою энергию. Через несколько часов вирус пожирает клетку, выходит наружу вместе со своими новыми копиями и заражает следующих амёб. Хорошие новости: пандовирус не опасен для нас с вами.
Интересно, что некоторые учёные предлагали таки создать для гигантских вирусов четвёртый домен биологии. В первую очередь потому, что у того же пандовируса 90% генов оказались уникальными — они не встречаются у других существ. Правда, потом на этого «инопланетянина» посмотрели другие исследователи — и пришли к выводу, что всё-таки большинство генов гигантских вирусов известны — это гены каких-то организмов-эукариот. Вирусы «воровали» эти гены у клеточных организмов и постепенно росли в размерах благодаря награбленному (ещё небольшую часть «стянули» у бактерий). И лишь маленькая часть генов пандоравируса действительно уникальна. Так что гипотезу первых учёных другие специалисты поставили под сомнение.
В связи с этой ворованной ДНК возникает вопрос — что было сначала: вирусы или клеточные формы? Скорее всего, вирусы произошли от клеточной жизни — то есть простое, как это ни парадоксально, произошло от сложного. А самые сложные вирусы, похоже, «наворовали» свой генетический материал из клеток эукариот.
А теперь расскажу про ещё одних интересных представителей гигантских вирусов. Встречайте — мимивирусы! Это очень красивые ребята, которые паразитируют на амёбах. В отличие от своих собратьев, эти вирусы умеют в метаболизм и для этого у них есть специальные гены. Получается, что у мимивируса чуть больше характерных свойств жизни, чем у обычных вирусов — хотя это всё равно лишь намёк на настоящую автономность. Так, у наших героев нет даже рибосом.
Кстати, у некоторых гигантских вирусов бывают... вирусы. Их называют вирофагами. Первый открытый вирофаг учёные назвали «Спутник» — потому что он приходит в организм хозяина вслед за огромным вирусом. Важный момент: вирофаг не залезает внутрь вируса, а находится с ним рядом. Представьте: амёбу поразил вирус. Вирус заражает клетку и создаёт огромную фабрику по копированию самого себя. Вирофаг, состоящий всего лишь из четырёх генов, начинает на этой фабрике паразитировать и снижает её эффективность. Вирофаг полезен для хозяина — без него вирус, скорее всего, убил бы амёбу.
Итак, пора подводить итоги и вынести вердикт природе вирусов. Живые они или нет? Мне кажется, скорее живые — я вообще за широкое трактование «жизни». К тому же живое всё же интереснее изучать, чем неживое. Но многие биологи считают, что никакой пользы от точного определения жизни и разграничения живого от неживого для науки нет. Например, такой позиции придерживается нобелевский лауреат, цитогенетик Джек Шостак. Он пишет:
«В вопросах происхождения жизни важно понять, как произошёл переход от химии к биологии. Но я пока что не видел, чтобы чьи-то попытки определить, „что такое жизнь“, как-то помогли достичь этого понимания».
Этой же позиции придерживается авторитетный биолог Евгений Кунин, один из самых цитируемых учёных в мире. Он говорит следующее:
«По-видимому, вопрос „живые вирусы или нет“ по сути бессмысленный — потому что положительный или отрицательный ответ на этот вопрос будет зависеть от нашего определения жизни. А любое такое определение будет произвольным.
Хуже того, ни тот, ни другой ответ не ведут к какому-либо практическому продвижению науки. Вместе с тем, в среде биологов статус вирусов определяется вполне ясно: в парадигме самовоспроизводящихся систем — репликаторов».
Идея рассматривать вирусы в контексте репликаторов и впрямь крайне удобна. Любые репликаторы, даже если они заражают и убивают клетки — часть биологического мира. Более того, паразиты — это его центральная часть! Так, ни одна реплицирующаяся система в истории не возникала без появления паразитов. При этом паразиты привели к эволюции сложных клеточных форм жизни — они создавали жизни сложности, к которым она адаптировалась и в итоге, простите за тавтологию, усложнялась. Именно вирусы постоянно подогревали «гонку вооружений» эволюции, ускоряли её. Постоянная конкуренция клетки и вируса, который её заражает — мощный двигатель биологической эволюции.
Именно это интересно и важно — а не то, объявят учёные вирусы живыми или нет. Ну а жизнь — это жизнь. Не мешайте ее изучать. Не нужно нам никакое определение.
Насколько важна математика в астрономии? Как с помощью математики астрономы узнают о космических объектах и явлениях, которые они не могут увидеть? Какие нерешённые задачи есть в астрономии и астрофизике? Почему нейтронная звезда – математический объект?
Об этом рассказывает Антон Бирюков, астрофизик, кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник лаборатории космических проектов Государственного астрономического института имени П.К. Штернберга.