Ποια είναι τα κύρια λειτουργικά χαρακτηριστικά όλων των οργανισμών;

Τι σημαίνει να είσαι ζωντανός; Εκτός από τις καθημερινές φιλοσοφικές παρατηρήσεις όπως «μια ευκαιρία να συνεισφέρουμε στην κοινωνία», οι περισσότερες απαντήσεις μπορεί να έχουν τη μορφή των εξής:

• "Αναπνέει αέρα μέσα και έξω."
• "Ένας καρδιακός παλμός."
• "Τρώτε φαγητό και πόσιμο νερό."
• "Ανταπόκριση σε αλλαγές στο περιβάλλον, όπως ντύσιμο για κρύο καιρό."
• "Ξεκινώντας μια οικογένεια."

Ενώ αυτές φαίνονται σαν αόριστα επιστημονικές απαντήσεις στην καλύτερη περίπτωση, αντικατοπτρίζουν πραγματικά τον επιστημονικό ορισμό της ζωής σε κυτταρικό επίπεδο. Σε έναν κόσμο τώρα γεμάτο μηχανές που μπορούν να μιμούνται τις ενέργειες των ανθρώπων και της άλλης χλωρίδας και μερικές φορές υπερβαίνει κατά πολύ την ανθρώπινη παραγωγή, είναι σημαντικό να εξετάσουμε το ερώτημα, "Ποιες είναι οι ιδιότητες του ΖΩΗ?"

Διαφορετικά βιβλία και διαδικτυακοί πόροι παρέχουν ελαφρώς διαφορετικά κριτήρια για το ποιες ιδιότητες αποτελούν τα λειτουργικά χαρακτηριστικά των έμβιων. Για τους παρόντες σκοπούς, θεωρήστε ότι η ακόλουθη λίστα χαρακτηριστικών είναι πλήρως αντιπροσωπευτική του α

• Οργάνωση.
• Ευαισθησία ή απόκριση στα ερεθίσματα.
• Αναπαραγωγή.
• Προσαρμογή.
• Ανάπτυξη και ανάπτυξη.
• Κανονισμός λειτουργίας.
• Ομοιοσταση.
• Μεταβολισμός.

Αυτά θα εξεταστούν το καθένα ξεχωριστά μετά από μια σύντομη πραγματεία για το πώς η ζωή, όποια κι αν είναι, πιθανότατα ξεκίνησε στη Γη και τα βασικά χημικά συστατικά των ζωντανών πραγμάτων.

Όλα τα έμβια όντα αποτελούνται από τουλάχιστον ένα κύτταρο. Ενώ προκαρυωτικός οργανισμοί, οι οποίοι περιλαμβάνουν αυτούς στους τομείς ταξινόμησης Βακτηρίων και Αρχαίων, είναι σχεδόν όλοι μονοκύτταροι, Ευκαρυώτα τομέας, ο οποίος περιλαμβάνει φυτά, ζώα και μύκητες, συνήθως έχουν τρισεκατομμύρια μεμονωμένα κύτταρα.

Αν και τα ίδια τα κύτταρα είναι μικροσκοπικά, ακόμη και το πιο βασικό κύτταρο αποτελείται από πολλά μόρια που είναι πολύ μικρότερα. Πάνω από τα τρία τέταρτα της μάζας των ζωντανών όντων αποτελούνται από νερό, ιόντα και διάφορα μικρά οργανικά μόρια (δηλαδή που περιέχουν άνθρακα) όπως σάκχαρα, βιταμίνες και λιπαρά οξέα. Τα ιόντα είναι άτομα που φέρουν ηλεκτρικό φορτίο, όπως χλώριο (Cl^-) ή ασβέστιο (Ca²⁺).

Το υπόλοιπο ένα τέταρτο της μάζας, ή της βιομάζας, αποτελείται από μακρομόριαή μεγάλα μόρια κατασκευασμένα από μικρές επαναλαμβανόμενες μονάδες. Μεταξύ αυτών είναι οι πρωτεΐνες, οι οποίες αποτελούν το μεγαλύτερο μέρος των εσωτερικών οργάνων σας και αποτελούνται από πολυμερή ή αλυσίδες αμινοξέα; πολυσακχαρίτες, όπως γλυκογόνο (ένα πολυμερές της απλής γλυκόζης σακχάρου). και το νουκλεϊκό οξύ δεοξυριβονουκλεϊκό οξύ (DNA).

Τα μικρότερα μόρια μετακινούνται συνήθως σε ένα κύτταρο ανάλογα με τις ανάγκες του κυττάρου. Ωστόσο, το κύτταρο πρέπει να κατασκευάσει μακρομόρια.

Το πώς ξεκίνησε η ζωή είναι μια συναρπαστική ερώτηση για τους επιστήμονες και όχι μόνο για τον σκοπό της επίλυσης ενός υπέροχου κοσμικού μυστηρίου. Εάν οι επιστήμονες μπορούν να προσδιορίσουν με βεβαιότητα πώς η ζωή στη Γη ξεκίνησε για πρώτη φορά, θα μπορούσαν να προβλέψουν πιο εύκολα ποιοι ξένοι κόσμοι, εάν υπάρχουν, είναι επίσης πιθανό να φιλοξενήσουν κάποια μορφή ζωής.

Οι επιστήμονες γνωρίζουν ότι πριν από περίπου 3,5 δισεκατομμύρια χρόνια, μόλις ένα δισεκατομμύριο χρόνια περίπου μετά τη γη που συσσωρεύτηκε για πρώτη φορά πλανήτη, υπήρχαν προκαρυωτικοί οργανισμοί και ότι, όπως και οι σημερινοί οργανισμοί, πιθανότατα χρησιμοποίησαν το DNA ως γενετικό υλικό τους.

Είναι επίσης γνωστό ότι RNA, ένα άλλο νουκλεϊκό οξύ, μπορεί να έχει προ-ημερομηνία DNA σε κάποια μορφή. Αυτό συμβαίνει επειδή το RNA, εκτός από την αποθήκευση πληροφοριών που κωδικοποιούνται από το DNA, μπορεί επίσης να καταλύσει ή να επιταχύνει ορισμένες βιοχημικές αντιδράσεις. Είναι επίσης μονόκλωνο και ελαφρώς απλούστερο από το DNA.

Οι επιστήμονες είναι σε θέση να προσδιορίσουν πολλά από αυτά τα πράγματα εξετάζοντας τις ομοιότητες μοριακού επιπέδου μεταξύ οργανισμών που φαινομενικά έχουν πολύ λίγα κοινά. Οι εξελίξεις στην τεχνολογία που ξεκινούν στο τελευταίο μέρος του 20ού αιώνα έχουν αυξηθεί σημαντικά το κιτ εργαλείων της επιστήμης και η ελπίδα ότι αυτό το ομολογουμένως δύσκολο μυστήριο μπορεί κάποια μέρα να είναι οριστικά λυθεί.

Όλα τα ζωντανά πράγματα δείχνουν οργάνωσηή παραγγελία. Αυτό ουσιαστικά σημαίνει ότι όταν κοιτάζετε προσεκτικά οτιδήποτε είναι ζωντανό, οργανώνεται με τρόπο που είναι πολύ απίθανο να συμβεί στη μη ζωή πράγματα, όπως ο προσεκτικός διαχωρισμός των περιεχομένων των κυττάρων για την αποφυγή «αυτοτραυματισμού» και επιτρέπουν την αποτελεσματική κίνηση κρίσιμων μορίων.

Ακόμη και οι απλούστεροι μονοκύτταροι οργανισμοί περιέχουν DNA, α κυτταρική μεμβράνη και ριβοσώματα, όλα οργανωμένα και σχεδιασμένα για να εκτελούν συγκεκριμένες ζωτικές εργασίες. Εδώ, τα άτομα αποτελούν μόρια και τα μόρια συνθέτουν δομές που ξεχωρίζουν από το περιβάλλον τους με φυσικό και λειτουργικό τρόπο.

Τα μεμονωμένα κελιά ανταποκρίνονται στις αλλαγές τους εσωτερικός περιβάλλον με προβλέψιμους τρόπους. Για παράδειγμα, όταν ένα μακρομόριο αρέσει γλυκογόνο έχει σύντομη παροχή στο σύστημά σας χάρη σε μια μεγάλη βόλτα με το ποδήλατο που μόλις ολοκληρώσατε, τα κύτταρα σας θα τα εκμεταλλευτούν συγκεντρώνοντας μόρια (γλυκόζη και ένζυμα) που απαιτούνται για τη σύνθεση γλυκογόνου.

Σε μακροοικονομικό επίπεδο, ορισμένες απαντήσεις σε ερέθισμα στο εξωτερικός το περιβάλλον είναι προφανές. Ένα φυτό μεγαλώνει προς την κατεύθυνση μιας σταθερής πηγής φωτός. μετακινείτε προς τη μία πλευρά για να αποφύγετε να μπαίνετε σε λακκούβα όταν ο εγκέφαλός σας σας λέει ότι είναι εκεί.

Η δυνατότητα να αναπαράγω είναι ένα από τα πιο επίμονα εμφανή χαρακτηριστικά των ζωντανών πραγμάτων. Οι βακτηριακές αποικίες που αναπτύσσονται στα χαλασμένα τρόφιμα σε ψυγείο αντιπροσωπεύουν την αναπαραγωγή μικροοργανισμών.

Όλοι οι οργανισμοί αναπαράγουν πανομοιότυπα (προκαρυωτικά) ή πολύ παρόμοια (ευκαρυωτικά) αντίγραφα του εαυτού τους χάρη στο DNA τους. Τα βακτήρια μπορούν να αναπαραχθούν μόνο ασσεξικά, πράγμα που σημαίνει ότι χωρίζονται σε δύο για να παράγουν πανομοιότυπα θυγατρικά κύτταρα. Άνθρωποι, ζώα, ακόμη και φυτά αναπαράγονται σεξουαλικά, κάτι που διασφαλίζει γενετική ποικιλομορφία του είδους και επομένως μεγαλύτερη πιθανότητα επιβίωσης ειδών

Χωρίς την ικανότητα να προσαρμόζω σε μεταβαλλόμενες περιβαλλοντικές συνθήκες, όπως μεταβολές θερμοκρασίας, οι οργανισμοί δεν θα μπορούσαν να διατηρήσουν την απαραίτητη φυσική κατάσταση για επιβίωση. Όσο περισσότερο μπορεί να προσαρμοστεί ένας οργανισμός, τόσο καλύτερη είναι η πιθανότητα να επιβιώσει αρκετά καιρό για να αναπαραχθεί.

Είναι σημαντικό να σημειωθεί ότι η «φυσική κατάσταση» είναι συγκεκριμένη για κάθε είδος. Ορισμένα αρχαϊκά βακτήρια, για παράδειγμα, ζουν σε θερμούς αεραγωγούς που βράζουν σχεδόν γρήγορα και θα σκοτώσουν γρήγορα τα περισσότερα άλλα ζωντανά.

Ανάπτυξη, ο τρόπος με τον οποίο οι οργανισμοί γίνονται μεγαλύτεροι και πιο διαφορετικοί στην εμφάνιση καθώς ωριμάζουν και συμμετέχουν σε μεταβολικές δραστηριότητες, καθορίζεται σε μεγάλο βαθμό από τις πληροφορίες που κωδικοποιούνται σε αυτές DNA.

Αυτές οι πληροφορίες, ωστόσο, μπορούν να παρέχουν διαφορετικά αποτελέσματα σε διαφορετικά περιβάλλοντα, και τα κυτταρικά μηχανήματα του οργανισμού «αποφασίζουν» ποια πρωτεϊνικά προϊόντα θα κάνουν σε υψηλότερες ή χαμηλότερες ποσότητες.

Κανονισμός λειτουργίας μπορεί να θεωρηθεί ως ο συντονισμός άλλων διαδικασιών ενδεικτικών της ζωής, όπως ο μεταβολισμός και η ομοιόσταση.

Για παράδειγμα, μπορείτε να ρυθμίσετε την ποσότητα αέρα που εισέρχεται στους πνεύμονές σας αναπνέοντας γρηγορότερα όταν ασκείστε, και όταν είστε ασυνήθιστα πεινασμένοι, μπορείτε να φάτε περισσότερα για να αντισταθμίσετε τις δαπάνες ασυνήθιστα υψηλών ποσοτήτων ενέργεια.

Ομοιοσταση μπορεί να θεωρηθεί ως μια πιο άκαμπτη μορφή ρύθμισης, με τα αποδεκτά όρια του «υψηλού» και του «χαμηλού» για μια δεδομένη χημική κατάσταση να είναι πιο κοντά μεταξύ τους.

Παραδείγματα περιλαμβάνουν το ρΗ (το επίπεδο οξύτητας εντός ενός κυττάρου), τη θερμοκρασία και την αναλογία των βασικών μορίων μεταξύ τους, όπως οξυγόνο και διοξείδιο του άνθρακα.

Αυτή η διατήρηση μιας «σταθερής κατάστασης», ή πολύ κοντά σε μια, είναι απαραίτητη για τα έμβια όντα.

Μεταβολισμός είναι ίσως η πιο εντυπωσιακή ιδιοκτησία στιγμής προς στιγμή της ζωής που πιθανότατα θα παρατηρείτε σε καθημερινή βάση. Όλα τα κύτταρα έχουν τη δυνατότητα να συνθέσουν ένα μόριο που ονομάζεται ATPή τριφωσφορική αδενοσίνη, η οποία χρησιμοποιείται για την προώθηση διεργασιών στο κύτταρο, όπως αναπαραγωγή DNA και πρωτεϊνικής σύνθεσης.

Αυτό γίνεται εφικτό, επειδή τα έμβια όντα μπορούν να χρησιμοποιήσουν την ενέργεια στους δεσμούς των μορίων που περιέχουν άνθρακα, ιδίως της γλυκόζης και των λιπαρών οξέων, για τη συναρμολόγηση του ATP, συνήθως προσθέτοντας μια φωσφορική ομάδα διφωσφορική αδενοσίνη (ADP).

Διάσπαση μορίων (καταβολισμόςΩστόσο, για την ενέργεια είναι μόνο μία πτυχή του μεταβολισμού. Η οικοδόμηση μεγαλύτερων μορίων από μικρότερα, που αντικατοπτρίζει την ανάπτυξη, είναι η αναβολικά πλευρά του μεταβολισμού.