Wat zijn de belangrijkste functionele kenmerken van alle organismen?

Wat betekent het om te leven? Afgezien van alledaagse filosofische observaties zoals 'een kans om bij te dragen aan de samenleving', kunnen de meeste antwoorden de volgende vorm aannemen:

• "Lucht in- en uitademen."
• "Een hartslag."
• "Eten eten en water drinken."
• "Reageren op veranderingen in de omgeving, zoals kleden voor koud weer."
• "Een gezin stichten."

Hoewel dit op zijn best vaag wetenschappelijke reacties lijken, weerspiegelen ze in feite de wetenschappelijke definitie van leven op cellulair niveau. In een wereld die nu bol staat van machines die de acties van mensen en andere flora kunnen nabootsen en soms... menselijke output aanzienlijk overtreffen, is het belangrijk om de vraag te onderzoeken: "Wat zijn de eigenschappen van leven?"

Verschillende leerboeken en online bronnen bieden enigszins verschillende criteria voor welke eigenschappen de functionele kenmerken van levende wezens vormen. Beschouw voor de huidige doeleinden de volgende lijst met attributen als volledig representatief voor a levend organisme:

• Organisatie.
• Gevoeligheid of reactie op prikkels.
• Reproductie.
• Aanpassing.
• Groei en ontwikkeling.
• Regulatie.
• Homeostase.
• Metabolisme.

Deze zullen elk afzonderlijk worden onderzocht na een korte verhandeling over hoe het leven, wat het ook mag zijn, waarschijnlijk op aarde is begonnen en de belangrijkste chemische ingrediënten van levende wezens.

Alle levende wezens bestaan ​​uit minstens één cel. Terwijl prokaryotisch organismen, waaronder die in de classificatiedomeinen Bacteria en Archaea, zijn bijna allemaal eencellig, die in de Eukaryota domein, dat planten, dieren en schimmels omvat, hebben typisch biljoenen individuele cellen.

Hoewel cellen zelf microscopisch klein zijn, bestaat zelfs de meest basale cel uit een groot aantal moleculen die veel kleiner zijn. Meer dan driekwart van de massa van levende wezens bestaat uit water, ionen en verschillende kleine organische (d.w.z. koolstofhoudende) moleculen zoals suikers, vitamines en vetzuren. Ionen zijn atomen die een elektrische lading dragen, zoals chloor (Cl^-) of calcium (Ca²⁺).

Het resterende kwart van de levende massa, of biomassa, bestaat uit: macromoleculen, of grote moleculen gemaakt van kleine herhalende eenheden. Hiertoe behoren eiwitten, die de meeste van uw interne organen vormen en bestaan ​​uit polymeren of ketens van aminozuren; polysachariden, zoals glycogeen (een polymeer van de eenvoudige suiker glucose); en de Nucleïnezuur desoxyribonucleïnezuur (DNA).

Kleinere moleculen worden meestal naar een cel verplaatst in overeenstemming met de behoeften van die cel. De cel moet echter macromoleculen maken.

Hoe het leven is ontstaan, is een fascinerende vraag voor wetenschappers, en niet alleen om een ​​prachtig kosmisch mysterie op te lossen. Als wetenschappers met zekerheid kunnen bepalen hoe het leven op aarde voor het eerst in gang is gezet, kunnen ze misschien gemakkelijker voorspellen welke vreemde werelden, als die er zijn, waarschijnlijk ook een vorm van leven zullen herbergen.

Wetenschappers weten dat ongeveer 3,5 miljard jaar geleden, slechts een miljard jaar nadat de aarde voor het eerst samensmolt tot een planeet, prokaryotische organismen bestonden, en dat ze, net als de huidige organismen, waarschijnlijk DNA als hun genetisch materiaal gebruikten.

Het is ook bekend dat RNA, een ander nucleïnezuur, kan in een of andere vorm voorverouderd DNA hebben. Dit komt omdat RNA, naast het opslaan van informatie die wordt gecodeerd door DNA, ook bepaalde biochemische reacties kan katalyseren of versnellen. Het is ook enkelstrengs en iets eenvoudiger dan DNA.

Wetenschappers zijn in staat om veel van deze dingen te bepalen door te kijken naar de overeenkomsten op moleculair niveau tussen organismen die schijnbaar weinig gemeen hebben. De technologische vooruitgang die in de tweede helft van de 20e eeuw begon, is enorm toegenomen wetenschappelijke toolkit en bieden hoop dat dit weliswaar moeilijke mysterie op een dag definitief zal zijn opgelost.

Alle levende wezens laten zien organisatie, of bestellen. Dit betekent in wezen dat wanneer je goed kijkt naar iets dat leeft, het is georganiseerd op een manier die hoogst onwaarschijnlijk is voor niet-levende dingen, zoals de zorgvuldige verdeling van de celinhoud om "zelfbeschadiging" te voorkomen en de efficiënte beweging van kritische moleculen mogelijk te maken.

Zelfs de eenvoudigste eencellige organismen bevatten DNA, een celmembraan en ribosomen, die allemaal voortreffelijk zijn georganiseerd en ontworpen om specifieke vitale taken uit te voeren. Hier vormen atomen moleculen en moleculen vormen structuren die zich zowel fysiek als functioneel onderscheiden van hun omgeving.

Individuele cellen reageren op veranderingen in hun intern omgeving op voorspelbare manieren. Wanneer bijvoorbeeld een macromolecuul zoals glycogeen is schaars in je systeem dankzij een lange fietstocht die je net hebt gemaakt, je cellen zullen er meer van maken door moleculen (glucose en enzymen) te aggregeren die nodig zijn voor glycogeensynthese.

Op macroniveau zijn enkele reacties op prikkels in de de extern omgeving zijn duidelijk. Een plant groeit in de richting van een consistente lichtbron; je beweegt opzij om te voorkomen dat je in een plas stapt wanneer je hersenen je vertellen dat het er is.

Het vermogen om reproduceren is een van de meest hardnekkig voor de hand liggende eigenschappen van levende wezens. De bacteriekolonies die op het bedervende voedsel in een koelkast groeien, vertegenwoordigen de reproductie van micro-organismen.

Alle organismen reproduceren identieke (prokaryoten) of zeer vergelijkbare (eukaryoten) kopieën van zichzelf dankzij hun DNA. Bacteriën kunnen zich alleen ongeslachtelijk voortplanten, wat betekent dat ze zich eenvoudig in tweeën splitsen om identieke dochtercellen te krijgen. Mensen, dieren en zelfs planten planten zich seksueel voort, wat zorgt voor genetische diversiteit van de soort en daarmee een grotere overlevingskans.

Zonder het vermogen om zich aanpassen door veranderende omgevingsomstandigheden, zoals temperatuurverschuivingen, zouden organismen niet in staat zijn om de conditie te behouden die nodig is om te overleven. Hoe meer een organisme zich kan aanpassen, hoe groter de kans dat het lang genoeg zal overleven om zich voort te planten.

Het is belangrijk op te merken dat "fitness" soortspecifiek is. Sommige archaebacteriën leven bijvoorbeeld in bijna kokende hete thermische ventilatieopeningen die de meeste andere levende wezens snel zouden doden.

Groei, de manier waarop organismen groter en meer verschillend van uiterlijk worden naarmate ze ouder worden en bezig zijn met metabolische activiteiten, wordt voor een groot deel bepaald door de informatie die in hun DNA.

Deze informatie kan echter verschillende resultaten opleveren in verschillende omgevingen, en de cellulaire machinerie van het organisme "beslist" welke eiwitproducten in grotere of kleinere hoeveelheden moeten worden gemaakt.

Regulatie kan worden gezien als de coördinatie van andere processen die kenmerkend zijn voor het leven, zoals metabolisme en homeostase.

U kunt bijvoorbeeld de hoeveelheid lucht die in uw longen komt regelen door sneller te ademen tijdens het sporten, en als je ongewoon honger hebt, kun je meer eten om de uitgaven van ongewoon grote hoeveelheden te compenseren energie.

Homeostase kan worden gezien als een meer rigide vorm van regulering, waarbij de acceptabele grenzen van "hoog" en "laag" voor een bepaalde chemische toestand dichter bij elkaar liggen.

Voorbeelden zijn pH (de zuurgraad in een cel), temperatuur en de onderlinge verhouding van belangrijke moleculen, zoals zuurstof en koolstofdioxide.

Dit handhaven van een "stabiele toestand", of zeer dicht bij een, is onmisbaar voor levende wezens.

Metabolisme is misschien wel de meest opvallende eigenschap van het leven die je waarschijnlijk elke dag zult zien. Alle cellen hebben het vermogen om een ​​molecuul te synthetiseren genaamd ATP, of adenosinetrifosfaat, dat wordt gebruikt om processen in de cel aan te sturen, zoals reproductie van DNA en eiwitsynthese.

Dit wordt mogelijk gemaakt omdat levende wezens de energie in de bindingen van koolstofbevattende moleculen, met name glucose en vetzuren, kunnen gebruiken om ATP te assembleren, meestal door een fosfaatgroep toe te voegen aan adenosinedifosfaat (ADP).

Afbreken van moleculen (katabolisme) voor energie is echter slechts één aspect van het metabolisme. Het bouwen van grotere moleculen uit kleinere, wat de groei weerspiegelt, is de anabool kant van de stofwisseling.