Melyek az összes szervezet fő funkcionális jellemzői?

Mit jelent élni? A mindennapi filozófiai megfigyeléseken kívül, mint például "a társadalmi hozzájárulás lehetősége", a legtöbb válasz a következő formában fordulhat elő:

• - Levegő belélegzése.
• - Szívdobbanás.
• - Ételt és ivóvizet fogyasztani.
• "Válasz a környezeti változásokra, például a hideg időjárás öltözködése."
• - Családalapítás.

Bár ezek legjobb esetben is homályos tudományos válaszoknak tűnnek, valójában tükrözik az élet sejtes szintű tudományos meghatározását. Egy olyan világban, amely ma már tele van olyan gépekkel, amelyek utánozhatják az emberek és más növények, sőt néha cselekedeteit jelentősen meghaladja az emberi teljesítményt, fontos megvizsgálni a kérdést: "Melyek a tulajdonságai élet?"

A különböző tankönyvek és online források kissé eltérő kritériumokat adnak meg arról, hogy milyen tulajdonságok alkotják az élőlények funkcionális jellemzőit. Jelen esetben vegye fontolóra az alábbi tulajdonságlistát, amely teljes mértékben reprezentatív a élő organizmus:

• Szervezet.
• Érzékenység vagy válasz az ingerekre.
• Reprodukció.
• Alkalmazkodás.
• Növekedés és fejlődés.
• Szabályozás.
• Homeosztázis.
• Anyagcsere.

Ezeket mindegyiket külön-külön vizsgáljuk meg egy rövid értekezés után arról, hogy az élet, bármi is legyen, valószínűleg kezdetét vette a Földön és az élőlények legfontosabb kémiai összetevőit.

Minden élőlény legalább egyből áll sejt. Míg prokarióta szervezetek, köztük a baktériumok és az archeák osztályozási területei, szinte mind egysejtűek, a Eukaryota a növényeket, állatokat és gombákat is magában foglaló domén tipikusan billió egyedi sejtet tartalmaz.

Bár maguk a sejtek mikroszkopikusak, még a legalapvetőbb sejt is nagyon sok, jóval kisebb molekulából áll. Az élőlények tömegének több mint háromnegyedét víz, ionok és különféle kis szerves (azaz széntartalmú) molekulák, például cukrok, vitaminok és zsírsavak alkotják. Az ionok olyan elektromos töltést hordozó atomok, mint a klór (Cl^-) vagy kalcium (Ca²⁺).

Az élő tömeg, vagyis a biomassza fennmaradó egynegyede áll makrómolekulák, vagy kis ismétlődő egységekből készített nagy molekulák. Ezek között vannak olyan fehérjék, amelyek a belső szerveid nagy részét alkotják, és ezek polimerjeiből vagy láncaiból állnak aminosavak; poliszacharidok, például glikogén (az egyszerű cukor-glükóz polimerje); és a nukleinsav dezoxiribonukleinsav (DNS).

A kisebb molekulákat általában az adott sejt igényeinek megfelelően mozgatják egy sejtbe. A sejtnek azonban makromolekulákat kell gyártania.

Lenyűgöző kérdés a tudósok számára, hogy az élet hogyan kezdődött, és nem csupán egy csodálatos kozmikus rejtély megoldása céljából. Ha a tudósok biztosan meg tudják állapítani, hogy a földi élet hogyan vált először lendületbe, akkor könnyebben meg tudják jósolni, hogy az idegen világok, ha vannak ilyenek, valószínűleg valamiféle életet fognak be.

A tudósok tudják, hogy körülbelül 3,5 milliárd évvel ezelőtt, körülbelül egymilliárd évvel azután, hogy a Föld először összeolvadt a bolygón prokarióta organizmusok léteztek, amelyek a mai organizmusokhoz hasonlóan valószínűleg DNS-t használtak genetikai anyagukként.

Az is ismert, hogy RNSegy másik nukleinsav, valamilyen formában előre datált DNS-sel rendelkezhet. Az RNS ugyanis a DNS által kódolt információk tárolása mellett bizonyos biokémiai reakciókat is képes katalizálni vagy felgyorsítani. Ez egyszálú és kissé egyszerűbb, mint a DNS.

A tudósok sok ilyen dolgot képesek meghatározni, ha megnézik az organizmusok közötti molekuláris szintű hasonlóságokat, amelyek látszólag nagyon kevéssé vannak közös vonások. A 20. század második felében kezdődő technológiai fejlődés nagymértékben kibővült a tudomány eszközkészlete, és reményt ad arra, hogy ez a valóban nehéz rejtély egy napon végérvényesen érvényesülhet megoldva.

Minden élőlény megmutatkozik szervezet, vagy rendelés. Ez lényegében azt jelenti, hogy ha alaposan megnézel bármit, ami él, akkor az nem élőben valószínűtlen módon szerveződik olyan dolgok, mint a sejttartalom gondos felosztása az "önkárosodás" megelőzése és a kritikus molekulák hatékony mozgásának lehetővé tétele érdekében.

Még a legegyszerűbb egysejtű szervezetek is tartalmaznak DNS-t, a sejt membrán és riboszómák, amelyek mindegyike kiválóan szervezett és meghatározott létfontosságú feladatok elvégzésére készült. Itt az atomok alkotják a molekulákat, a molekulák pedig olyan szerkezeteket, amelyek fizikai és funkcionális szempontból is elkülönülnek a környezetüktől.

Az egyes sejtek reagálnak a változásukra belső kiszámítható módon. Például amikor egy makromolekula, mint glikogén hiánya van a rendszerben az éppen befejezett hosszú kerékpározásnak köszönhetően, a sejtjei többet fognak hozni belőle a glikogénszintézishez szükséges molekulák (glükóz és enzimek) összesítésével.

Makró szinten néhány válasz a következőre: ingerek a külső környezete nyilvánvaló. A növény állandó fényforrás irányába nő; egyik oldalra lép, hogy elkerülje a tócába lépést, amikor az agyad azt mondja neked, hogy ott van.

A képesség, hogy szaporodni az élőlények egyik legkitartóbb nyilvánvaló vonása. A hűtőszekrényben az elrontott ételen növekvő baktériumtelepek a mikroorganizmusok szaporodását jelentik.

Valamennyi organizmus azonos (prokarióták) vagy nagyon hasonló (eukarióták) másolatait reprodukálja DNS-jének köszönhetően. A baktériumok csak ivartalanul képesek szaporodni, ami azt jelenti, hogy egyszerűen kettéhasadva azonos leánysejteket hoznak létre. Az emberek, az állatok, sőt a növények is ivarosan szaporodnak, ami biztosítja genetikai sokféleség a faj túlélésének esélye.

Képesség nélkül alkalmazkodni a változó környezeti feltételekhez, például a hőmérsékletváltozásokhoz, az élőlények nem képesek fenntartani a túléléshez szükséges alkalmasságot. Minél jobban képes egy szervezet alkalmazkodni, annál nagyobb az esély arra, hogy elég sokáig fennmaradjon a szaporodáshoz.

Fontos megjegyezni, hogy a "fitnesz" fajspecifikus. Egyes archaebaktériumok például forrásban lévő, forró termikus szellőzőkben élnek, amelyek gyorsan megölnék a legtöbb más élőlényt.

Növekedés, az a mód, ahogyan az élőlények az éréskor nagyobbá és megjelenésükben különböznek és anyagcsere-tevékenységeket folytat, hatalmas mértékben meghatározza a bennük kódolt információ DNS.

Ezek az információk azonban különböző eredményeket szolgáltathatnak különböző környezetekben, és a szervezet sejtmechanizmusa "eldönti", hogy mely fehérjetermékeket állítsa elő nagyobb vagy alacsonyabb mennyiségben.

Szabályozás más életre utaló folyamatok, például az anyagcsere és a homeosztázis koordinációjának tekinthető.

Például szabályozhatja a tüdejébe érkező levegő mennyiségét úgy, hogy gyorsabban lélegzik, amikor edz, és ha szokatlanul éhes vagy, ennél többet ehetsz a szokatlanul nagy mennyiségű kiadások ellensúlyozására energia.

Homeosztázis a szabályozás merevebb formájának tekinthető, ahol az adott kémiai állapot "magas" és "alacsony" elfogadható határai közelebb vannak egymáshoz.

Ilyen például a pH (a savasság szintje a sejtben), a hőmérséklet és a kulcsmolekulák egymáshoz viszonyított aránya, például oxigén és szén-dioxid.

Az "állandó állapot", vagy ahhoz nagyon közeli állapot fenntartása nélkülözhetetlen az élőlények számára.

Anyagcsere talán az élet egyik legszembetűnőbb tulajdonsága, amelyet valószínűleg mindennap megfigyel. Minden sejt képes az úgynevezett molekula szintetizálására ATPvagy adenozin-trifoszfát, amelyet a sejtben zajló folyamatok, például a DNS-szaporodás és a fehérjeszintézis hajtására használnak.

Ez azért lehetséges, mert az élőlények a széntartalmú molekulák, nevezetesen a glükóz és a zsírsavak kötéseiben lévő energiát felhasználhatják az ATP összeállításához, általában foszfátcsoport hozzáadásával adenozin-difoszfát (ADP).

Molekulák lebontása (katabolizmus) az energia azonban csak az anyagcsere egyik aspektusa. Nagyobb molekulák felépítése kisebbekből, ami tükrözi a növekedést, az anabolikus az anyagcsere oldala.