Самоорганизация в живой и неживой природе

Введение
Весь мир, который нас окружает, условно делится на живой и неживой. До сих пор ученые еще не пришли к единому мнению, что же такое жизнь, и где проходит грань между живой и неживой природой, так как из года в год совершаются все новые открытия, эту грань размывающие и отодвигающие.
На данный момент принято считать, что живой организм обладает следующими свойствами, отличающими его от неживой материи:
• Во-первых, это химический состав. В строении живых тканей и организмов присутствуют те же минеральные соединения и элементы, что и в неживых, но для живого характерны и специфические соединения – белки, углеводы, липиды, нуклеиновые кислоты. Кроме того, химический состав живого организма или живой ткани может изменятся под влиянием внешних и внутренних процессов.
• Любой живой организм любого уровня организации состоит из более мелких частей, которые работают сообща на пользу организма, выполняя порой совершенно разные функции и очень отличаясь друг от друга. Этим обусловлено такое свойство, как дискретность и целостность. Неживая материя тоже может состоять из многих составных частей (сплавы, растворы), но при этом они не будут оказывать друг на друга значительного влияния и выполнять какие-либо общие функции.
• Далее, живая материя является открытой системой, которая непрерывно обменивается с окружающей средой веществом и энергией.
• Любой живой организм способен к самовоспроизведению.
• Для живых организмов характерна наследственность: воспроизведенной единице будут присущи многие свойства и характеристики родительской.
• Изменчивость при передаче наследственной информации. Очевидно, что неживая материя, не имея способности к самовоспроизведению, не имеет и таких свойств как наследственность и наследственная изменчивость.
• Наконец, главным интересующим нас признаком живого является гомеостаз – способность к саморегуляции, - способность поддерживать постоянство своего внутреннего состояния и химического состава посредством многих реакций.
Традиционно принято считать, что гомеостаз характерен исключительно для живых организмов. Для чего он им нужен, очевидно, - если бы природа не придумала механизма поддержания порядка в такой сложно организованной системе с огромным многообразием внутренних процессов, как живая клетка, ей никогда не удалось бы развиться в более сложную структуру, перейти на следующий уровень.
Для того, чтобы разобраться, действительно ли процесс саморегуляции присущ только живому, нужно более подробно рассмотреть этот вопрос, узнать больше о процессах гомеостаза на различных структурных уровнях живого организма; проследить, как связано живое и неживое, как оно влияет друг на друга, какие процессы при этом происходят. 
Саморегуляция в живой природе: уровни регуляции
Термин «саморегуляция» восходит к латинскому «regulo» - «привожу в порядок, упорядочиваю». Отличительной особенностью саморегуляции от других видов регуляции является то, что регуляторные факторы формируются внутри самой регулируемой системы, откликаясь на изменения внешней среды или внутренние сбои. Эти изменения происходят постоянно, так как это неизбежный жизненный процесс, но даже в постоянно меняющихся условиях живой организм сохраняет внутреннее постоянство своих свойств и химического состава.
Основоположником теории физиологической саморегуляции был французский медик Клод Бернар, исследователь процессов внутренней секреции и основоположник эндокринологии. Он рассматривал стабильность физико-химических условий во внутренней среде как основу свободы и независимости живых организмов в непрерывно изменяющихся внешних обстоятельствах. Американский физиолог Уолтер Кэннон в 1929 г. предложил для этого свойства живых организмов название – «гомеостаз» (от греч. «homoios» - подобный, сходный, такой же и «stasis» - стабильность, равновесие, статичность).
И Бернар, и Кэннон рассматривали саморегуляцию преимущественно на организменном уровне, но она происходит на всех уровнях организации живого:
• молекулярно-генетическом;
• клеточном;
• организменном;
• экосистемном;
• биосферном.
Процессы гомеостаза на каждом уровне теснейшим образом взаимодействуют друг с другом. Нормализация физиологических показателей осуществляется на основе свойства раздражимости. В системных механизмах гомеостаза действует кибернетический принцип отрицательной обратной связи: при любом возмущающем воздействии происходит включение нервных и эндокринных механизмов, которые тесно взаимосвязаны. 
Саморегуляция на молекулярном уровне
Важнейшей является регуляция генов, которые несут в себе механизмы производства белков. Кроме того, даже в таком высокоточном процессе, как репликация ДНК, происходят ошибки, хоть и очень редко. Структура молекулы ДНК может нарушаться по разным причинам и не всегда связана непосредственно с нарушением процесса репликации: это может быть и влияние экзогенных и эндогенных химических процессов, физических факторов. Тогда в работу включаются специальные репарирующие ферменты и восстанавливают поврежденный геном. Если же механизмы репарации нарушаются, то нарушается и гомеостаз на молекулярном, клеточном и организменном уровнях.
Примером саморегуляции на молекулярном уровне используются в основном те ферментативные реакции, в которых конечный продукт влияет на активность фермента; в такой биохимической системе автоматически поддерживается определённая концентрация продукта реакции.
В качестве примера можно привести поддержание внутриклеточного осмотического гомеостаза. В механизме возникновения нервных импульсов важную роль играют ионы натрия, концентрация которых снаружи клетки должна поддерживаться на более высоком уровне, чем внутри. Благодаря натриевым насосам, встроенным в мембрану клетки, удерживается нужный градиент ионов. Как только клетка получает избыток натрия, активируется натриевый насос (его фермент, расщепляющий АТФ и дающий энергию). Натрий выкачивается, его концентрация в клетке падает, что служит сигналом для отключения насоса.

 
Саморегуляция на клеточном уровне
Гомеостаз внутри клетки обеспечивается при непосредственном участии мембранных систем, с которыми связаны все важные жизненные внутриклеточные процессы, как: транспортировка веществ между клеткой и внеклеточной средой, биоэнергетические процессы.
Внутренняя жизнь клетки очень насыщена, в ней беспрерывно происходят различные биохимические и биофизические процессы, вещества перемещаются и преобразуются химическим путем: синтезируются белки, реплицируются нити ДНК и РНК и другие биополимеры, происходят изменения в органоидах, и для того, чтобы жизнь клетки была долгой и счастливой просто необходима внутренняя регуляция всех этих процессов. Кроме того, клетка может подвергнутся воздействию каких-либо повреждающих факторов, и все вышеперечисленные процессы пойдут с усиленной интенсивностью. При подобных повреждениях наиболее часто повреждаются митохондрии, но, как только повреждающий фактор перестает воздействовать на клетку, если к тому времени не наступает гибель, количество митохондрий многократно увеличивается, так как митохондрии, не подвергшиеся повреждению, начинают усиленно делиться, восстанавливая свои функции.
Механизмы регуляции одиночных клеток и одноклеточных организмов достаточно мощные, и они управляют не только регуляцией как таковой, но и вообще протеканием жизненных процессов и, соответственно, структурами, эти процессы осуществляющими.
Внутренняя среда свободноживущей клетки непостоянна, так как концентрации присутствующих в цитоплазматической жидкости веществ, их температура, плотность почти никак не регулируемы. Большинство транспортных процессов осуществляются пассивно, и поэтому концентрации в самой внутриклеточной плазме выступают в роли регуляторов жизненных процессов в клетке. То есть, фактически термин «гомеостаз» употребим ко внутриклеточным процессам лишь в широком, обобщённом смысле, поскольку регуляция происходит не вполне внутренними силами клетки, а во многом зависит от внешней среды.
В наше время проблемами изучения внутриклеточных механизмов регуляции занимается сразу несколько наук: цитология, биохимия, кибернетика.