מהם המאפיינים הפונקציונליים העיקריים של כל האורגניזמים?

מה הפירוש של בחיים? מלבד תצפיות פילוסופיות יומיומיות כמו "הזדמנות לתרום לחברה", רוב התשובות עשויות ללבוש את הצורה הבאה:

• "נושם אוויר פנימה והחוצה."
• "דופק."
• "אוכלים אוכל ושותים מים."
• "להגיב לשינויים בסביבה, כמו להתלבש למזג אוויר קר."
• "הקמת משפחה."

למרות שאלו נראות כתגובות מדעיות מעורפלות במקרה הטוב, הן למעשה משקפות את ההגדרה המדעית של החיים ברמה התאית. בעולם משופע כיום במכונות שיכולות לחקות את פעולותיהם של בני האדם ושל צמחייה אחרת ולעיתים עולה מאוד על התפוקה האנושית, חשוב לבחון את השאלה "מה התכונות של חַיִים?"

ספרי לימוד שונים ומשאבים מקוונים מספקים קריטריונים מעט שונים לאילו מאפיינים מהווים את המאפיינים הפונקציונליים של יצורים חיים. למטרות נוכח, ראה את רשימת המאפיינים הבאה כמייצגת באופן מלא את a יצור חי:

• אִרגוּן.
• רגישות או תגובה לגירויים.
• שִׁעתוּק.
• הִסתַגְלוּת.
• גדילה והתפתחות.
• תַקָנָה.
• הומאוסטזיס.
• חילוף חומרים.

כל אלה ייבדקו בנפרד לאחר מסה קצר על האופן שבו החיים, יהיו אשר יהיו, ככל הנראה התחילו את דרכם על כדור הארץ ואת המרכיבים הכימיים העיקריים של יצורים חיים.

כל היצורים החיים מורכבים מאחד לפחות

למרות שהתאים עצמם הם מיקרוסקופיים, אפילו התא הבסיסי ביותר מורכב מהרבה מאוד מולקולות שהן קטנות בהרבה. למעלה משלושה רבעים ממסת היצורים החיים מורכב ממים, יונים ומולקולות אורגניות קטנות (כלומר, המכילות פחמן) כגון סוכרים, ויטמינים וחומצות שומן. יונים הם אטומים הנושאים מטען חשמלי, כגון כלור (Cl^-) או סידן (Ca²⁺).

הרבע הנותר של המסה החיים, או הביומסה, מורכב מ מקרומולקולות, או מולקולות גדולות העשויות מיחידות חוזרות קטנות. בין אלה חלבונים המרכיבים את מרבית האיברים הפנימיים שלך ומורכבים מפולימרים, או שרשראות, של חומצות אמינו; פוליסכרידים, כגון גליקוגן (פולימר של גלוקוז הסוכר הפשוט); וה חומצות גרעין חומצה דאוקסיריבונוקלאית (DNA).

מולקולות קטנות יותר עוברות בדרך כלל לתא על פי צרכי התא. עם זאת, על התא לייצר מקרומולקולות.

איך החיים התחילו היא שאלה מרתקת עבור מדענים, ולא רק לצורך פיתרון של תעלומה קוסמית נפלאה. אם מדענים יכולים לקבוע בוודאות כיצד החיים על כדור הארץ התחילו להילוך ראשון, הם יוכלו לחזות ביתר קלות אילו עולמות זרים, אם בכלל, עשויים לארח צורה כלשהי של חיים.

מדענים יודעים שעד לפני כ -3.5 מיליארד שנה, רק מיליארד שנים לערך לאחר שהתכנס כדור הארץ לראשונה ל על פני כדור הארץ, קיימים אורגניזמים פרוקריוטים, וכמו בדומה לאורגניזמים של ימינו, הם כנראה השתמשו ב- DNA כחומר הגנטי שלהם.

ידוע גם ש RNA, חומצת גרעין אחרת, עשויה להיות DNA מתוארך מראש בצורה כלשהי. הסיבה לכך היא ש- RNA, בנוסף לאחסון מידע המקודד על ידי DNA, יכול גם לזרז, או להאיץ, תגובות ביוכימיות מסוימות. זה גם חד-גדילי ופשוט יותר פשוט מ- DNA.

מדענים מסוגלים לקבוע רבים מהדברים הללו על ידי התבוננות בדמיון ברמה המולקולרית בין אורגניזמים שלכאורה יש מעט מאוד משותף. ההתקדמות בטכנולוגיה החל בחלק האחרון של המאה ה -20 התרחבה מאוד ערכת הכלים של המדע ומציעה תקווה שתעלומה קשה בהחלט עשויה להיות יום אחד סופית נפתרה.

כל היצורים החיים מראים אִרגוּן, או להזמין. פירושו של דבר הוא שכשאתה מסתכל מקרוב על כל דבר שהוא חי, זה מאורגן באופן מאוד לא סביר שיקרה בחיים שאינם חיים דברים, כגון חלוקה זהירה של תוכן התא למניעת "פגיעה עצמית" ולאפשר תנועה יעילה של מולקולות קריטיות.

אפילו אורגניזמים חד תאיים הפשוטים ביותר מכילים DNA, א קרום תא ו ריבוזומיםשכולם מאורגנים להפליא ומתוכננים לביצוע משימות חיוניות ספציפיות. כאן, אטומים מרכיבים מולקולות, ומולקולות מרכיבות מבנים הנפרדים מסביבתם באופן פיזיקלי ותפקודי.

תאים בודדים מגיבים לשינויים בתאי שלהם פְּנִימִי הסביבה בדרכים צפויות. לדוגמא, כאשר מקרומולקולה כמו גליקוגן חסר במערכת שלך הודות לרכיבה ארוכה על אופניים שרק סיימת, התאים שלך יפיקו יותר מזה על ידי צבירת מולקולות (גלוקוז ואנזימים) הדרושים לסינתזת הגליקוגן.

ברמת המאקרו, כמה תגובות ל גירויים ב חיצוני הסביבה מובנת מאליה. צמח צומח לכיוון מקור אור עקבי; אתה עובר לצד אחד כדי למנוע דריכה בתוך שלולית כשהמוח שלך אומר לך שהוא שם.

היכולת ל לְשַׁחְזֵר היא אחת התכונות הברורות ביותר של יצורים חיים. מושבות החיידקים הגדלות על המזון המקלקל במקרר מייצגות את הרבייה של מיקרואורגניזמים.

כל האורגניזמים משכפלים עותקים זהים (פרוקריוטים) או דומים מאוד (אוקריוטים) של עצמם בזכות ה- DNA שלהם. חיידקים יכולים להתרבות רק באופן לא מיני, כלומר הם פשוט מתפצלים לשניים כדי לייצר תאי בת זהים. בני אדם, בעלי חיים ואפילו צמחים מתרבים מינית, מה שמבטיח מגוון גנטי מהמין ומכאן סיכוי גדול יותר להישרדות המינים.

בלי יכולת לְהִסְתָגֵל לתנאים סביבתיים משתנים, כגון שינויי טמפרטורה, אורגניזמים לא יוכלו לשמור על הכושר הדרוש להישרדות. ככל שאורגניזם יכול להסתגל יותר, כך הסיכוי שהוא ישרוד מספיק זמן רב כדי להתרבות טוב יותר.

חשוב לציין ש"כושר "ספציפי למין. חלק מהארכיא-חיידקים, למשל, חיים בפתחי אוורור תרמיים חמים שכמעט יהרגו את רוב היצורים החיים האחרים.

צְמִיחָה, האופן שבו אורגניזמים הופכים גדולים יותר ושונים יותר במראהם ככל שהם מתבגרים לעסוק בפעילויות מטבוליות, נקבע במידה עצומה על ידי המידע המקודד שלהם DNA.

מידע זה, לעומת זאת, יכול לספק תוצאות שונות בסביבות שונות, והמנגנון הסלולרי של האורגניזם "מחליט" אילו מוצרי חלבון להכין בכמויות גבוהות או נמוכות יותר.

תַקָנָה ניתן לחשוב כתיאום של תהליכים אחרים המעידים על חיים, כגון חילוף חומרים והומאוסטזיס.

לדוגמא, אתה יכול לווסת את כמות האוויר שנכנסת לריאות שלך על ידי נשימה מהירה יותר בעת התעמלות, וכאשר אתה רעב בצורה יוצאת דופן, אתה יכול לאכול יותר כדי לקזז את ההוצאות של כמויות גבוהות במיוחד של אֵנֶרְגִיָה.

הומאוסטזיס ניתן לחשוב כצורה נוקשה יותר של ויסות, כאשר הגבולות המקובלים של "גבוה" ו"נמוך "למצב כימי נתון נמצאים קרוב יותר זה לזה.

דוגמאות כוללות pH (רמת החומציות בתוך תא), טמפרטורה והיחס בין מולקולות מפתח זו לזו, כגון חמצן ופחמן דו חמצני.

קיום זה של "מצב יציב", או קרוב מאוד לזה, הכרחי ליצורים חיים.

חילוף חומרים הוא אולי המאפיין המדהים ביותר מרגע לרגע שאתה צפוי להתבונן בו על בסיס יומיומי. לכל התאים יש יכולת לסנתז מולקולה הנקראת ATP, או אדנוזין טריפוספט, המשמש להנעת תהליכים בתא כגון רבייה של סינתזת DNA וחלבון.

הדבר מתאפשר מכיוון שיצורים חיים יכולים להשתמש באנרגיה בקשרים של מולקולות המכילות פחמן, בעיקר גלוקוז וחומצות שומן, להרכבת ATP, בדרך כלל על ידי הוספת קבוצת פוספט ל אדנוזין דיפוספט (ADP).

פירוק מולקולות (יְרִידַת חֳמָרִים) כי אנרגיה היא רק היבט אחד של חילוף החומרים. בניית מולקולות גדולות מקטנות יותר, המשקפות צמיחה, היא ה אנבוליים הצד של חילוף החומרים.