Почему обмен веществ и энергии является основным признаком живого организма

Коротко: без обмена веществ и энергии жизнь распадается. Он — то, что держит живую систему «собранной», далёкой от равновесия, способной расти, поддерживать порядок и воспроизводиться.

Подробно по пунктам:

1. Открытая система против равновесия
   Любой организм — открытая система. По законам термодинамики он самопроизвольно скатывался бы к беспорядку, если бы не получал извне вещество и энергию. Постоянный поток энергии (свет, химические связи пищи, неорганические вещества для хемотрофов) нужен, чтобы:

• собирать молекулы «вверх по энергии» (анаболизм: синтез белков, ДНК, мембран);

• исправлять повреждения и обновлять компоненты;

• поддерживать ионные и электрические градиенты на мембранах, без которых нет ни импульсов нервов, ни транспорта веществ;

• выполнять работу — от сокращения мышц до биения ресничек.

2. Универсальный «мотор» всех функций жизни
   Любой «признак живого» на деле питается обменом:

• Рост и развитие: нужны строительные блоки (вещество) и энергия на их сборку.

• Размножение и наследование: копирование ДНК — это энергозатратные реакции; без притока энергии репликация остановится.

• Раздражимость и регуляция: чувствовать и отвечать на стимулы можно только имея работающие каналы, рецепторы, сигнальные каскады — всё это поддерживает обмен.

• Гомеостаз: постоянство внутренней среды — это непрерывная «деятельность против равновесия», требующая энергии.

3. Катаболизм ↔ анаболизм и энергетическое сопряжение
   Обмен — это сеть путей, где распад высокоэнергетических молекул (катаболизм) «оплачивает» синтетические процессы (анаболизм) через универсальные носители энергии (прежде всего АТФ) и переносчики электронов (НАД(Ф)Н и др.). Такое сопряжение — общая черта всех клеток, от бактерий до человека.

4. Самый надёжный и «операциональный» критерий живого
   Многие часто называемые признаки имеют исключения:

• Движение? Растения почти не двигаются.

• Размножение? Мулы стерильны.

• Рост? Взрослый организм уже не растёт.
  А вот обмен присущ всем клеточным формам жизни. Даже в «спячке» (семена, споры) минимальный метаболизм сохраняется или легко возобновляется при гидратации; именно поэтому такие формы остаются живыми. Напротив, вирусы вне клетки не ведут собственного обмена — потому их часто относят к «пограничным» объектам. Огонь «ест» и «дышит», но у него нет наследственности и регулируемого метаболизма — это физико-химический процесс, а не жизнь.

5. Многоуровневая необходимость
   На уровне клетки обмен поддерживает структуры и информационные потоки; на уровне организма — органы и поведение; на уровне экосистем — круговороты веществ и энергетические пирамиды. Уберёте поток энергии и вещества — рухнут все уровни.

Итог: обмен веществ и энергии — основной признак живого, потому что именно он поддерживает упорядоченность и функции организма вопреки естественной тенденции к распаду, обеспечивает рост, воспроизведение и гомеостаз и является единственным признаком, практически универсальным для всех известных форм жизни.