ما هي الخصائص الوظيفية الرئيسية لجميع الكائنات الحية؟

ماذا يعني أن تكون على قيد الحياة؟ بصرف النظر عن الملاحظات الفلسفية اليومية مثل "فرصة للمساهمة في المجتمع" ، قد تتخذ معظم الإجابات شكل ما يلي:

• "استنشاق الهواء للداخل والخارج".
• "نبضة قلب".
• "تناول الطعام ومياه الشرب".
• "الاستجابة للتغيرات في البيئة ، مثل ارتداء الملابس للطقس البارد."
• "تكوين أسرة".

في حين أن هذه تبدو وكأنها استجابات علمية غامضة في أحسن الأحوال ، إلا أنها تعكس في الواقع التعريف العلمي للحياة على المستوى الخلوي. في عالم يعج الآن بالآلات التي يمكنها تقليد تصرفات البشر والنباتات الأخرى وأحيانًا يتجاوز الإنتاج البشري بشكل كبير ، من المهم دراسة السؤال ، "ما هي خصائص الحياة؟"

توفر الكتب المدرسية المختلفة والموارد عبر الإنترنت معايير مختلفة قليلاً عن الخصائص التي تشكل الخصائص الوظيفية للكائنات الحية. للأغراض الحالية ، ضع في اعتبارك قائمة السمات التالية تمثيلية بالكامل لـ a كائن حي:

• منظمة.
• الحساسية أو الاستجابة للمنبهات.
• التكاثر.
• التكيف.
• النمو والتنمية.
• اللائحة.
• التوازن.
• التمثيل الغذائي.

سيتم استكشاف كل منها على حدة بعد أطروحة موجزة حول كيف أن الحياة ، مهما كانت ، من المحتمل أن تكون قد بدأت على الأرض والمكونات الكيميائية الرئيسية للكائنات الحية.

تتكون جميع الكائنات الحية من واحد على الأقل زنزانة. في حين بدائية النواة الكائنات الحية ، التي تشمل تلك الموجودة في مجالات تصنيف البكتيريا والعتائق ، كلها تقريبًا أحادية الخلية ، تلك الموجودة في حقيقيات النوى المجال ، الذي يشمل النباتات والحيوانات والفطريات ، عادةً ما يحتوي على تريليونات من الخلايا الفردية.

على الرغم من أن الخلايا نفسها مجهرية ، إلا أن الخلية الأساسية تتكون من عدد كبير جدًا من الجزيئات الأصغر بكثير. يتكون أكثر من ثلاثة أرباع كتلة الكائنات الحية من الماء والأيونات والعديد من الجزيئات العضوية الصغيرة (أي التي تحتوي على الكربون) مثل السكريات والفيتامينات والأحماض الدهنية. الأيونات هي ذرات تحمل شحنة كهربائية ، مثل الكلور (Cl^-) أو الكالسيوم (Ca²⁺).

يتكون الربع المتبقي من الكتلة الحية ، أو الكتلة الحيوية ، من الجزيئات الكبيرة، أو جزيئات كبيرة مصنوعة من وحدات صغيرة مكررة. من بين هذه البروتينات ، التي تشكل معظم أعضائك الداخلية وتتكون من بوليمرات أو سلاسل أحماض أمينية; السكريات المتعددة ، مثل الجليكوجين (بوليمر من جلوكوز السكر البسيط) ؛ و ال حمض نووي حمض الديوكسي ريبونوكلييك (DNA).

عادة ما يتم نقل الجزيئات الأصغر إلى خلية وفقًا لاحتياجات تلك الخلية. ومع ذلك ، يجب على الخلية تصنيع الجزيئات الكبيرة.

كيف بدأت الحياة هو سؤال رائع للعلماء ، وليس فقط لغرض حل لغز كوني رائع. إذا تمكن العلماء من تحديد كيفية بدء الحياة على الأرض بشكل مؤكد ، فقد يكونون قادرين على التنبؤ بسهولة أكبر بالعوالم الأجنبية ، إن وجدت ، التي من المحتمل أيضًا أن تستضيف شكلاً من أشكال الحياة.

يعلم العلماء أنه قبل حوالي 3.5 مليار سنة ، أي بعد مليار سنة أو نحو ذلك من اندماج الأرض لأول مرة في الكوكب ، الكائنات بدائية النواة موجودة ، وهذا ، مثل كائنات اليوم ، ربما استخدموا الحمض النووي كموادهم الجينية.

ومن المعروف أيضا أن RNA، وهو حمض نووي آخر ، قد يحتوي على دنا سابق التاريخ في شكل ما. وذلك لأن الحمض النووي الريبي ، بالإضافة إلى تخزين المعلومات المشفرة بواسطة الحمض النووي ، يمكنه أيضًا تحفيز أو تسريع تفاعلات كيميائية حيوية معينة. إنه أيضًا أحادي السلسلة وأبسط قليلاً من الحمض النووي.

يستطيع العلماء تحديد العديد من هذه الأشياء من خلال النظر إلى أوجه التشابه على المستوى الجزيئي بين الكائنات الحية التي يبدو أنها تشترك في القليل جدًا. توسع التقدم التكنولوجي الذي بدأ في الجزء الأخير من القرن العشرين بشكل كبير تقدم مجموعة أدوات العلوم والأمل في أن هذا اللغز الصعب المعترف به قد يكون نهائيًا يومًا ما تم حلها.

تظهر جميع الكائنات الحية منظمة، أو طلب. هذا يعني بشكل أساسي أنه عندما تنظر عن كثب إلى أي شيء على قيد الحياة ، فإنه يتم تنظيمه بطريقة من غير المرجح أن تحدث في غير الأحياء أشياء ، مثل التقسيم الدقيق لمحتويات الخلية لمنع "إيذاء الذات" والسماح بالحركة الفعالة للجزيئات الحرجة.

حتى أبسط الكائنات وحيدة الخلية تحتوي على الحمض النووي ، أ غشاء الخلية و الريبوسومات، وكلها منظمة ومصممة بشكل رائع للقيام بمهام حيوية محددة. هنا ، تشكل الذرات جزيئات ، وتشكل الجزيئات هياكل تقف منفصلة عن بيئتها في كل من الطرق الفيزيائية والوظيفية.

تستجيب الخلايا الفردية للتغيرات في داخلي البيئة بطرق يمكن التنبؤ بها. على سبيل المثال ، عندما مثل جزيء ضخم الجليكوجين يوجد نقص في نظامك بفضل ركوب الدراجة الطويل الذي أكملته للتو ، ستصنع خلاياك المزيد منها عن طريق تجميع الجزيئات (الجلوكوز والإنزيمات) اللازمة لتخليق الجليكوجين.

على المستوى الكلي ، بعض الردود على المحفزات في ال خارجي البيئة واضحة. ينمو النبات في اتجاه مصدر ضوء ثابت ؛ تنتقل إلى جانب واحد لتجنب الوقوع في بركة مياه عندما يخبرك دماغك بوجودها.

القدرة على إعادة إنتاج هي واحدة من أكثر سمات الكائنات الحية وضوحًا على الدوام. تمثل المستعمرات البكتيرية التي تنمو على الطعام الفاسد في الثلاجة تكاثر الكائنات الحية الدقيقة.

تتكاثر جميع الكائنات الحية (بدائيات النوى) أو نسخ متشابهة جدًا (حقيقيات النوى) من نفسها بفضل الحمض النووي الخاص بها. يمكن للبكتيريا أن تتكاثر لاجنسيًا فقط ، مما يعني أنها تنقسم ببساطة إلى قسمين لإنتاج خلايا ابنة متطابقة. يتكاثر البشر والحيوانات وحتى النباتات جنسيًا ، مما يضمن ذلك التنوع الجيني من الأنواع وبالتالي فرصة أكبر لبقاء الأنواع.

بدون القدرة على ذلك تأقلم للظروف البيئية المتغيرة ، مثل تغيرات درجات الحرارة ، لن تتمكن الكائنات الحية من الحفاظ على اللياقة اللازمة للبقاء على قيد الحياة. كلما زادت قدرة الكائن الحي على التكيف ، زادت فرصة بقائه على قيد الحياة لفترة كافية للتكاثر.

من المهم ملاحظة أن "اللياقة" خاصة بالأنواع. على سبيل المثال ، تعيش بعض البكتيريا القديمة في فتحات حرارية شديدة السخونة تقتل بسرعة معظم الكائنات الحية الأخرى.

نمو، الطريقة التي تصبح بها الكائنات الحية أكبر وأكثر اختلافًا في المظهر عندما تنضج و الانخراط في أنشطة التمثيل الغذائي ، يتم تحديده إلى حد كبير من خلال المعلومات المشفرة في الحمض النووي.

ومع ذلك ، يمكن أن تقدم هذه المعلومات نتائج مختلفة في بيئات مختلفة ، والآلية الخلوية للكائن "تقرر" ما هي منتجات البروتين التي يجب إنتاجها بكميات أعلى أو أقل.

اللائحة يمكن اعتباره تنسيقًا لعمليات أخرى تدل على الحياة ، مثل التمثيل الغذائي والتوازن.

على سبيل المثال ، يمكنك تنظيم كمية الهواء القادمة إلى رئتيك عن طريق التنفس بشكل أسرع عند ممارسة الرياضة ، وعندما تكون جائعًا بشكل غير عادي ، يمكنك تناول المزيد لتعويض إنفاق كميات كبيرة بشكل غير عادي من طاقة.

التوازن يمكن اعتباره شكلاً أكثر صرامة من التنظيم ، حيث تكون الحدود المقبولة لـ "مرتفع" و "منخفض" لحالة كيميائية معينة أقرب معًا.

تشمل الأمثلة الرقم الهيدروجيني (مستوى الحموضة داخل الخلية) ودرجة الحرارة ونسبة الجزيئات الرئيسية إلى بعضها البعض ، مثل الأكسجين وثاني أكسيد الكربون.

هذا الحفاظ على "حالة مستقرة" ، أو قريبة جدا من واحدة ، أمر لا غنى عنه للكائنات الحية.

التمثيل الغذائي ربما تكون الخاصية الأكثر لفتًا للانتباه في الحياة والتي من المحتمل أن تلاحظها على أساس يومي. جميع الخلايا لديها القدرة على تصنيع جزيء يسمى ATP، أو أدينوسين ثلاثي الفوسفات ، الذي يستخدم لدفع العمليات في الخلية مثل تكاثر الحمض النووي وتخليق البروتين.

أصبح هذا ممكنًا لأن الكائنات الحية يمكنها استخدام الطاقة في روابط الجزيئات المحتوية على الكربون ، ولا سيما الجلوكوز والأحماض الدهنية ، لتجميع ATP ، عادةً عن طريق إضافة مجموعة الفوسفات إلى ثنائي فوسفات الأدينوزين (ADP).

تحطيم الجزيئات (الهدم) للطاقة هي مجرد جانب واحد من عملية التمثيل الغذائي. بناء جزيئات أكبر من أصغر ، مما يعكس النمو ، هو الابتنائية جانب التمثيل الغذائي.