Вопрос о том‚ из чего состоят живые и неживые объекты‚ волновал умы человечества на протяжении тысячелетий. Долгое время считалось‚ что жизнь, это нечто принципиально иное‚ не подчиняющееся законам химии и физики. Однако современная наука дала точный и однозначный ответ на этот счет. Так ли велика разница между камнем и человеком на атомарном уровне? Давайте разберемся в этом подробно.
Короткий ответ: Нет
Если отвечать на поставленный вопрос прямо‚ то правильный ответ — нет. Живые организмы и объекты неживой природы не состоят из каких-то принципиально разных‚ уникальных химических элементов‚ доступных только одной из этих сфер. И те‚ и другие построены из одного и того же «конструктора», периодической системы химических элементов Д.И. Менделеева.
В природе не существует специальных «живых» или «неживых» атомов. Атом углерода в клетке вашего организма абсолютно идентичен атому углерода в куске графита или алмаза‚ лежащем на земле.
Единство химического состава
И живая‚ и неживая материя во Вселенной сформирована одними и теми же элементами. Разница заключается лишь в пропорциях‚ комбинациях и сложности соединений. Чтобы лучше понять это‚ давайте обратимся к космическим масштабам.
Космическая распространенность
Астрофизики и химики давно установили‚ что самой распространенной химической основой во Вселенной являются:
- Водород (H) — самый распространенный элемент в космосе;
- Гелий (He);
- Кислород (O);
- Углерод (C).
Интересно‚ что эти же четыре элемента составляют около 96-98% массы любого живого организма! Таким образом‚ мы буквально состоим из самых обычных‚ повсеместно распространенных во Вселенной атомов.
Химический состав живых организмов
Несмотря на использование общих элементов‚ живая природа имеет свои ярко выраженные предпочтения. В биологии выделяют три группы химических элементов по их содержанию в организмах:
Макроэлементы
Это фундамент жизни. Они составляют основную массу любого живого существа:
- Кислород (O) — около 65% массы человека (входит в состав воды и органических веществ).
- Углерод (C) — около 18% (основа всех органических молекул‚ «кирпичик» жизни).
- Водород (H) — около 10% (входит в состав воды и органики).
- Азот (N) — около 3% (основа белков и нуклеиновых кислот).
Также к макроэлементам относятся кальций‚ фосфор‚ калий‚ сера‚ натрий‚ хлор и магний.
Микроэлементы
Встречаются в ничтожно малых количествах (менее 0‚01%)‚ но абсолютно необходимы для жизнедеятельности. К ним относятся железо‚ медь‚ цинк‚ йод‚ фтор и другие. Например‚ железо — важнейший компонент гемоглобина‚ обеспечивающий транспорт кислорода в крови.
Ультрамикроэлементы
Содержатся в следовых количествах (золото‚ серебро‚ уран и т.д.). Их роль изучена еще не до конца‚ но они также присутствуют в биосфере.
Химический состав объектов неживой природы
В неживой природе (литосфера‚ гидросфера‚ атмосфера) картина несколько иная. Если взять земную кору‚ то самыми распространенными в ней элементами являются:
- Кислород (O) — около 47%
- Кремний (Si) — около 28%
- Алюминий (Al) — около 8%
- Железо (Fe) — около 5%
Как видите‚ кислород доминирует и здесь‚ но на второе место выходит кремний‚ а не углерод. Именно поэтому Земля часто называется «кремниевой планетой»‚ тогда как жизнь на ней — «углеродной».
В чем же тогда разница? Качественное отличие
Если элементы одни и те же‚ почему камень мертв‚ а кот жив? Секрет кроется не в составе‚ а в структуре и организации.
Свойства углерода
Главное отличие живого от неживого — это способность углерода образовывать длинные цепи и сложные циклические структуры. Углерод способен создавать гигантские молекулы — полимеры (белки‚ ДНК‚ РНК‚ углеводы‚ липиды). Кремний‚ ближайший сосед углерода в таблице Менделеева‚ тоже способен на это‚ но его связи гораздо менее прочные и разнообразные. Именно углеродный «конструктор» позволил создать молекулы‚ способные к самовоспроизведению.
Степень организации
В неживой природе вещества существуют в виде простых молекул (вода‚ поваренная соль‚ оксиды металлов) или относительно простых кристаллических решеток. В живой природе атомы объединяются в невероятно сложные молекулы‚ молекулы — в органеллы‚ органеллы — в клетки‚ клетки — в ткани и органы. Живое, это высшая форма структурной упорядоченности материи.
Обмен веществ и энергии
Неживые объекты (например‚ гора или река) изменяются лишь под воздействием внешних факторов (выветривание‚ эрозия). Живые организмы постоянно обмениваются веществом и энергией с окружающей средой (метаболизм). Они извлекают из неживой природы атомы (еду‚ воду‚ воздух)‚ перестраивают их внутри себя и выделяют обратно в неживую природу в виде продуктов жизнедеятельности.
Закон перехода количественных изменений в качественные
Тот факт‚ что живое и неживое состоит из одних и тех же элементов‚ является блестящей иллюстрацией философского закона: количество переходит в качество. Добавляя к атомам углерода‚ водорода‚ кислорода и азота все новые и новые связи‚ природа шагнула от простых неорганических солей и газов к аминокислотам‚ а затем — к белкам‚ способным к жизни.
Жизнь — это не особое вещество‚ а особый порядок расположения обычного вещества. Это уникальный уровень организации материи‚ в котором привычные химические элементы обретают способность чувствовать‚ двигаться‚ расти и размножаться; И осознание этого факта делает картину нашего мира еще более удивительной и гармоничной.